一种运用纳米反应多层膜进行异质轻金属材料连接的方法
专利汇可以提供一种运用纳米反应多层膜进行异质轻金属材料连接的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种运用纳米反应多层膜进行异质轻金属材料连接的方法，以304不锈 钢 作为基体材料，以成分为99.9％的工业纯Zr、C作为靶材，经 表面 等离子体 清洗阶段、金属打底阶段和沉积阶段制备成Zr/C纳米多层膜；Zr靶与C靶交替沉积，Zr 单层 与C单层均沉积1分钟，总层数200层；将Zr/C纳米多层膜置于两 块 异质轻金属夹层中，用10V 电池 的正负极 电压 进行激励，Zr/C纳米多层膜发生自蔓延反应实现异质轻金属之间和具有不同 热膨胀 系数材料之间的 冶金 连接；本发明无需外界 能源 激励、无需其 焊料 、连接效率高；操作简便性强，降低了 焊接 过程中产生的热应 力 ；适合于对 温度 敏感的器件或材料的连接；适合运用在战场应急抢修工作中。，下面是一种运用纳米反应多层膜进行异质轻金属材料连接的方法专利的具体信息内容。
1.一种运用纳米反应多层膜进行异质轻金属材料连接的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）准备实验设备：采用多功能PVD硬质涂层设备AS500DMTXB自动控制离子镀膜机进行镀膜；
2）准备实验材料：
2.1）基体材料：选择具有代表性的304不锈钢作为基体材料，其按照原子百分比的化学成分包括：Fe 69.17%、Cr 18.81%、Ni 8.98%、Mn 2.00%、Si 0.72%、V 0.17%、C 0.15%；
2.2）靶材材料：靶材为纯Zr靶与纯C靶，其成分为99.9％的工业纯Zr、C，靶材由真空感应炉熔炼制备，加工成直径为Φ102mm，厚度为42mm的圆形靶；
3）薄膜处理：
3.1）Zr/C薄膜镀层的制备过程按照时间顺序分为表面等离子体清洗阶段、金属打底阶段和沉积阶段三个步骤；具体操作如下：
1）表面等离子体清洗阶段：表面等离子体清洗采用高基体偏压-1000V，在3.0Pa低气压条件下进行，利用Ar气辉光放电产生的Ar离子轰击基体表面，去除表面的吸附物杂质；
2）金属打底阶段：在镀层和基体之间制备具有一定厚度的Zr金属底以提高膜基之间的结合强度，采用Zr靶3KW功率；
3）膜层的沉积阶段：按照事先制定的工艺参数进行薄膜的沉积，Zr靶功率2KW，C靶功率
1.5KW，交替沉积，Zr单层与C单层均沉积1分钟，总层数200层；
3.2）利用Zr/C纳米多层膜进行异质轻金属材料连接：将制备的Zr/C纳米多层膜置于两块异质轻金属夹层中，用10V电池的正负极电压进行激励，Zr/C纳米多层膜发生自蔓延反应，反应过程中用手指按压两块金属薄板，3-5s后，两块金属薄板紧紧地结合在一起，实现了异质轻金属之间的冶金连接。
2.根据权利要求1所述的运用纳米反应多层膜进行异质轻金属材料连接的方法，其特征在于，所述步骤1）中，多功能PVD硬质涂层设备AS500DMTXB自动控制离子镀膜机为批量涂覆薄膜的物理气相沉积真空镀膜机，带有4套单向柱状非平衡磁控溅射源、4套阴极电弧离化源和1套与磁控靶匹配的的矩形气体离子源，实现在真空环境下获得高质量的再制造零件膜层；所述多功能PVD硬质涂层设备AS500DMTXB自动控制离子镀膜机包括真空镀膜室、真空抽气系统、真空压力监控检测系统、磁控溅射靶、反应气体供给系统、工件转架系统、加热及温度控制系统，真空镀膜室采用日韩304不锈钢制造，双层内衬；抽气系统包括Leybold磁悬浮分子泵和Leybold粗抽泵，抽真空效果好；真空检测系统包括Inficond薄膜规和SKY90复合真空计；转架系统为4轴的可移出式下转架；加热系统最高加热温度为500℃，并由3根热电偶监测；所述多功能PVD硬质涂层设备AS500DMTXB自动控制离子镀膜机设有1套智能源挡板，实现镀膜前的靶材预清洗。
3.根据权利要求1所述的运用纳米反应多层膜进行异质轻金属材料连接的方法，其特征在于，所述步骤3.1）中， 具体操作过程如下：
1）前处理：
实验前，将样品打磨后抛光至镜面，表面粗糙度达到0.04 0.08µm Ra，后使用741金属~
清洗剂进行去油处理，经自来水冲洗之后放入去离子水中漂洗，经0.5 1%稀磷酸表面活化1~
分钟后放入丙酮中进行超声波清洗15分钟，之后用吹风机迅速吹干并立即放入真空室备用；
2）制备Zr/C薄膜：
2.1）将前处理完毕的试样放入真空室；
2.2）接通电源，打开冷却水系统，开启所有支路回水及进水阀门，检查循环水路有无漏点，水压低于0.3MPa；
2.3）开启压缩空气总阀门，检查压缩空气阀门、管路、接头有无漏声音；
2.4）打开配电柜电源空气开关，三相电源指示灯亮；
2.5）启动计算机，进入AS500DMTXB界面，手动预抽真空时，先用机械泵粗抽，直至真空度小于5Pa以下时，启动分子泵；
2.6）用氩气辉光清洗试件表面至无异常放电时止，偏压-1000V；
2.7）制备Zr/C涂层，Zr靶功率2KW，C靶功率1.5KW；
2.8）制备结束后冷却至常温，关闭电源。
4.根据权利要求3所述的运用纳米反应多层膜进行异质轻金属材料连接的方法，其特征在于，所述步骤2.8）中，镀膜后采用真空保温处理：镀膜结束后，保持真空度2-5×10-
3Pa，旋转速度不变，真空保温20～40min后关闭烘烤电源，待温度降至150℃之后关闭高阀和扩散泵，保持前级开启，1小时候后关闭机械泵，保持水路开启，随炉冷却至室温后取出样品。
一种运用纳米反应多层膜进行异质轻金属材料连接的方法
技术领域
背景技术
发明内容
1）准备实验设备：采用多功能PVD硬质涂层设备AS500DMTXB自动控制离子镀膜机进行镀膜；
2）准备实验材料：
2.1）基体材料：选择具有代表性的304不锈钢作为基体材料，其按照原子百分比的化学成分包括：Fe 69.17%、Cr 18.81%、Ni 8.98%、Mn 2.00%、Si 0.72%、V 0.17%、C 0.15%；
2.2）靶材材料：靶材为纯Zr靶与纯C靶，其成分为99.9％的工业纯Zr、C，靶材由真空感应炉熔炼制备，加工成直径为Φ102mm，厚度为42mm的圆形靶；
3）薄膜处理：
3.1）Zr/C薄膜镀层的制备过程按照时间顺序分为表面等离子体清洗阶段、金属打底阶段和沉积阶段三个步骤；具体操作如下：
1）表面等离子体清洗阶段：表面等离子体清洗采用高基体偏压-1000V，在3.0Pa低气压条件下进行，利用Ar气辉光放电产生的Ar离子轰击基体表面，去除表面的吸附物杂质；
2）金属打底阶段：在镀层和基体之间制备具有一定厚度的Zr金属底以提高膜基之间的结合强度，采用Zr靶3KW功率；
3）膜层的沉积阶段：按照事先制定的工艺参数进行薄膜的沉积，Zr靶功率2KW，C靶功率
1.5KW，交替沉积，Zr单层与C单层均沉积1分钟，总层数200层。
实验前，将样品打磨后抛光至镜面，表面粗糙度达到0.04 0.08µm Ra，后使用741金属~
清洗剂进行去油处理，经自来水冲洗之后放入去离子水中漂洗，经0.5 1%稀磷酸表面活化1~
分钟后放入丙酮中进行超声波清洗15分钟，之后用吹风机迅速吹干并立即放入真空室备用；
2）制备Zr/C薄膜：
2.1）将前处理完毕的试样放入真空室；
2.2）接通电源，打开冷却水系统，开启所有支路回水及进水阀门，检查循环水路有无漏点，水压低于0.3MPa；
2.3）开启压缩空气总阀门，检查压缩空气阀门、管路、接头有无漏声音；
2.4）打开配电柜电源空气开关，三相电源指示灯亮；
2.5）启动计算机，进入AS500DMTXB界面，手动预抽真空时，先用机械泵粗抽，直至真空度小于5Pa以下时，启动分子泵；
2.6）用氩气辉光清洗试件表面至无异常放电时止，偏压-1000V；
2.7）制备Zr/C涂层，Zr靶功率2KW，C靶功率1.5KW；
2.8）制备结束后冷却至常温，关闭电源。
附图说明
具体实施方式
69.17%、Cr 18.81%、Ni 8.98%、Mn 2.00%、Si 0.72%、V 0.17%、C 0.15%；
2.2）靶材材料：靶材为纯Zr靶与纯C靶，其成分为99.9％的工业纯Zr、C，靶材由真空感应炉熔炼制备，加工成直径为Φ102mm，厚度为42mm的圆形靶；
3）薄膜处理：
3.1）Zr/C薄膜镀层的制备过程按照时间顺序分为表面等离子体清洗阶段、金属打底阶段和沉积阶段三个步骤；具体操作如下：
1）表面等离子体清洗阶段：表面等离子体清洗采用高基体偏压-1000V，在3.0Pa低气压条件下进行，利用Ar气辉光放电产生的Ar离子轰击基体表面，去除表面的吸附物杂质；
2）金属打底阶段：在镀层和基体之间制备具有一定厚度的Zr金属底以提高膜基之间的结合强度，采用Zr靶3KW功率；
3）膜层的沉积阶段：按照事先制定的工艺参数进行薄膜的沉积，Zr靶功率2KW，C靶功率
1.5KW，交替沉积，Zr单层与C单层均沉积1分钟，总层数200层。
由于气相沉积术是一项超精细的表面处理技术，膜层极薄，故基体材料表面任何微小的污物以及表面物理化学性质的不一致，都会影响膜层正常的形核与长大，从而降低了膜层与基体的结合力和膜的均匀性，使各项表面性能难以达到预定的要求。因此要提高镀膜质量的先决条件是对基体进行良好的清洗与活化。清洗是涂层制备的重要工序，它的主要作用是去除待镀试样表面的油污和其他附着物，清洗质量的好坏直接影响涂层的质量；实验前，将样品打磨后抛光至镜面，表面粗糙度达到0.04 0.08µm Ra，后使用741金属清洗剂~
进行去油处理，经自来水冲洗之后放入去离子水中漂洗，经0.5 1%稀磷酸表面活化1分钟后~
放入丙酮中进行超声波清洗15分钟，之后用吹风机迅速吹干并立即放入真空室备用；
2）制备Zr/C薄膜：
2.1）将前处理完毕的试样放入真空室；
2.2）接通电源，打开冷却水系统，开启所有支路回水及进水阀门，检查循环水路有无漏点，水压低于0.3MPa；
2.3）开启压缩空气总阀门，检查压缩空气阀门、管路、接头有无漏声音；
2.4）打开配电柜电源空气开关，三相电源指示灯亮；
2.5）启动计算机，进入AS500DMTXB界面，手动预抽真空时，先用机械泵粗抽，直至真空度小于5Pa以下时，启动分子泵；
2.6）用氩气辉光清洗试件表面至无异常放电时止，偏压-1000V；
2.7）制备Zr/C涂层，Zr靶功率2KW，C靶功率1.5KW；
2.8）制备结束后冷却至常温，关闭电源。
200um；用电压为10V的电池正负极同时接触多层膜边缘，在电压激励下，多层膜在几微秒的时间内迅速发生自蔓延反应，并放出大量的热。
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