空速管表面的PVD镀层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及空速管表面的PVD镀层及其制备方法，属于材料表面处理技术领域。本发明专利技术采用非平衡磁控溅射物理气象沉积法，设备装有单一金属铬靶材，在经过除铬、抛光后的空速管表面沉积单层硬质铬，PVD镀层厚度约为2~6μm。采用此发明专利技术可以获得光亮的空速管表面镀层，同时不会破坏内部精密元件，可以保证其使用性能。此外，PVD镀铬层与空速管基体结合力良好，耐磨、耐蚀性能好。并且对环境无污染，对人体无伤害。

【技术实现步骤摘要】


本专利技术涉及空速管表面处理
，具体涉及一种空速管表面的PVD镀层及其制备方法。

技术介绍

进入21世纪，随着社会的进步，在节能、节材的要求下，可持续发展的政策下，各种零部件的再制造得到了广泛的关注和发展。以再制造件代替新制件从而达到节能、节材以及环保的目的。
空速管是飞机上重要部件之一，在飞行中可以通过对周围气压的变化，提供飞行的高度、速度等基本参数，是飞机不可缺少的一部分。在飞行过程中，由于空气腐蚀、表面刮擦等原因，会造成空速管表面出现麻点、划痕等现象，不仅影响外观，严重情况下还会影响到空速管的使用性，对飞行安全造成威胁。由于金属铬具有良好的金属光泽，和高的耐磨性、耐蚀性等优秀性能，成为空速管修复件的首选表面层。空速管修复需要将原件表面破损的镀铬层去除再镀上新的Cr层。
在目前主要除铬方法是机械磨削法和电化学除铬方法。电化学除铬方法使用的是浓度为80g/L~120g/L的氢氧化钠(NaOH)溶液。而镀铬的方法主要是六价铬电镀铬方法。镀液的成分是浓度比为100：1的铬酐(CrO3)、硫酸溶液(H2SO4)。在镀铬之前为了确保镀层和基体的结合力，还要进行阳极除油，除油液体主要由氢氧化钠(NaOH)、磷酸三钠(Na3PO4·12H2O)、碳酸钠(Na2CO3·10H2O)和硅酸钠(Na2O·nSiO2)按一定比例组成。在镀铬之前为激活表面还需要用稀硫酸(H2SO4，ρ=1.84g/ml)腐蚀。由于空速管表面有许多小的静压孔，而空速管内部有需要绝缘的装置，在退镀、除油、弱腐蚀以及镀铬的过程中，各种酸性、碱性的溶液就有可能通过小孔进入到空速管内部，破坏绝缘性，导致空速管失去其使用性能而报废；而常规的绝缘方法虽然可以挡住静压孔使镀液不进入到空速管内，但由于电镀的分散能力较差，会导致被挡住的小孔周围无法沉积Cr镀层，使空速管表面镀层不完整，不符合外观上的要求。
由此可见，电镀虽然是一种成熟的修复技术手段，但由于其理论建立在电化学的基础上，对于某些特殊的零件(如空速管)不仅不能起到修复的作用，还有可能对零件的其他性能产生破坏造成额外的损失。对于这类零件的表面修复，目前仍缺少有效的手段。

技术实现思路

鉴于目前对空速管零件修复过程中存在的一些问题，本专利技术旨在提供一种空速管表面的PVD镀层及其制备方法。使用PVD技术进行表面修复的手段，在不破坏空速管原有使用性能的同时使修复后的空速管的表面满足外观和性能要求。
为达到上述要求，本专利技术构思如下：
本专利技术使用物理气相沉积(PVD)技术手段来完成空速管表面进行Cr的沉积。首先，使用磁控溅射设备进行PVD镀铬，其沉积理论是建立在辉光放电原理上，即在真空度约10-1Pa的稀薄气体中，两个电极之间加上电压时产生的气体放电现象。电子在电场的作用下飞向基片的过程中与Ar发生碰撞电离出Ar+和新电子。电子在磁场和电场的共同作用下螺旋运动，增加与Ar碰撞几率，Ar+在电场的作用下飞向靶材表面发生溅射，溅射的靶原子/分子沉积到基片上成膜。整个过程在高真空度条件下进行，可以避免空速管与液体接触造成内部精密元件的破坏。此外，在膜制备的过程中，靶原子/分子落在基片表面上，随着靶原子/分子的增多靶原子/分子之间以一定的方式与相邻的靶原子/分子结合，形成小型原子/分子团。随着沉积的继续进行，更多的靶原子/分子融入这种靶原子/分子团使其长大为稳定的粒子簇，这种粒子簇称为岛。随着沉积过程的进行，岛状结构不断长大。在这个过程中，岛状结构之间会发生接合形成通道网络结构。靶原子/分子继续沉积将这些通道间的空隙填充满形成连续的膜。这会使PVD技术沉积的镀层表面更加致密，进而有更好的金属光泽、耐蚀性和结合力。
本专利技术采用下述技术方案：
一种空速管表面的PVD镀层，在抛光后的空速管基体表面上，使用物理气相沉积法直接镀上单一金属镀层。
优选地，所述镀层为单一金属Cr镀层。
优选地，所述镀层的厚度为2~6μm。
一种空速管表面的PVD镀层制备方法，在磁控溅射设备中进行，其步骤如下：
1）将空速管表面进行净化处理；
2）对磁控溅射设备的腔体进行清理；
3）使用单一金属靶材，在空速管基体表面沉积单一金属镀层。
所述步骤1）是将被腐蚀或表面有划伤的空速管进行精磨、抛光，使空速管表面达到镜面状态；然后分别用丙酮和酒精对空速管进行超声波清洗并烘干，以提空速管基体表面与镀层的结合力。
优选地，在进行步骤2）时，磁控溅射设备真空度在8.0×10-4Torr，靶材电流调至4~6A，清理时间在600~1800s。
优选地，所述步骤3）中的单一金属靶材为Cr靶。
优选地，在进行步骤3）时，磁控溅射设备真空度要求在2×10-5Torr以上，偏压值设定在60V~100V，靶材电流设定在3~7A。
优选地，所述步骤3）的沉积时间在1~3h。
优选地，所述步骤3）沉积过程结束后，在Ar气体流量为30.0sccm条件下冷却60~3600s；待磁控溅射设备腔体冷却至50℃后打开腔体取出空速管。
本专利技术相比现有的空速管表面修复方法具有如下明显优点：
本专利技术使用磁控溅射设备进行PVD镀层，采用非平衡磁控溅射，使得镀层沉积速度快、沉积效率较高，减少了能源浪费；可以避免空速管与酸性或碱性液体接触，从根源上避免了由于酸性或碱性液体通过静压孔而腐蚀内部精密元件的可能性，从而避免了空速管在修复过程中因使用性能遭破坏而报废；PVD方法制备镀层是以靶材原子形式进行镀层的沉积，可以使表面沉积的镀层更加的致密，从而提高镀层的致密度，使得表面的耐蚀性较好，同时也可以保证镀层与基体的结合力；使用磁控溅射设备进行PVD镀层过程中，真空室中气氛均匀，绕镀性较好会使镀层均匀一致，有较好的表面光泽度；PVD技术制备镀层在真空中进行，不仅可以避免操作者化学中毒还对环境无害。所述PVD镀层不仅可以应用在空速管表面修复，同样可以应用在由于特殊原因不可以进入镀液中进行表面修复的其他零件的表面修复。
附图说明
图1是本专利技术空速管表面的PVD镀层的结构示意图。
图2是使用本专利技术修复的空速管的表面SEM形貌。
图3是使用本专利技术修复的空速管的结合力曲线。
具体实施方式
下面结合附图，对本专利技术的具体实施例做进一步的说明。
一种空速管表面的PVD镀层，如图1所示，在空速管基体表面上直接镀Cr金属层。所述Cr金属镀层的厚度为5μm。
本专利技术使用的PVD镀层设备是磁控溅射设备，磁控溅射设备是由真空室、磁极、单一金属靶材、试样架、进气口以及软件控制系统组成。应用非平衡磁控溅射的概念进行溅射，使镀层沉积速率高、基体升温低。
一种空速管表面的PVD镀层制备方法，其步骤如下：
1）将被腐蚀或表面有划伤的空速管进行精磨、抛光，使空速管表面达到镜面状态；然后分别用丙酮、酒精对空速管进行超声波清洗并烘干，将空速管镀面保护起来，待镀。
2）在进行镀层前需先对腔体进行清洗。使用磁控溅射设备控制系统对真空室进行抽真空，当真空度达到8×10-4Torr以上时就可以开启清理工艺。清理工艺中靶材上施加电流为4~6A。视真空室内具体的污染情况和污染程度清理时间在600~1800s可调。清理工艺结束后将真空室恢复到正本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空速管表面的PVD镀层，其特征在于，在抛光后的空速管基体表面上，使用物理气相沉积法直接镀上单一金属镀层。

【技术特征摘要】
1.一种空速管表面的PVD镀层，其特征在于，在抛光后的空速管基体表面上，使用物理气相沉积法直接镀上单一金属镀层。
2.根据权利要求1所述的空速管表面的PVD镀层，其特征在于，所述镀层为单一金属Cr镀层。
3.根据权利要求1或2所述的空速管表面的PVD镀层，其特征在于，所述镀层的厚度为2~6μm。
4.一种空速管表面的PVD镀层制备方法，在磁控溅射设备中进行，其特征在于，其步骤如下：
1）将空速管表面进行净化处理；
2）对磁控溅射设备的腔体进行清理；
3）使用单一金属靶材，在空速管基体表面沉积单一金属镀层。
5.根据权利要求5所述的空速管表面的PVD镀层制备方法，其特征在于，所述步骤1）是将被腐蚀或表面有划伤的空速管进行精磨、抛光，使空速管表面达到镜面状态；然后分别用丙酮和酒精对空速管进行超声波清洗并烘干，以提空速管基体表面与镀层的结合力。
6.根据权利要求5所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王荃，陈俭吾，夏建英，汪宏斌，陈卓，
申请(专利权)人：上海海鹰机械厂，上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31