[发明专利]铜制齿轮淬火感应传感器陶瓷镀层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铜制齿轮淬火感应传感器陶瓷镀层，以薄膜热膨胀系数递减为顺序，依次沉积Cu‑Ti‑Zr薄膜、Ti‑Zr薄膜与(Ti,Zr)N+(Zr,Ti)N薄膜，形成纳米结构多层膜材料作为镀层，所述薄膜厚度为2.5μm‑10μm。同时公开了该多层膜结构镀层的制备方法。本发明解决目前工业应用过程中传感器和对向工件之间因碰撞而发生的打火问题，改善传感器表面耐磨性与绝缘性，提升淬火效率；利用多靶共聚焦非平衡磁控溅射技术，以热膨胀系数递减与层间冶金结合为原则设计涂层，提升膜基结合力，更具应用价值。

技术领域

本发明涉及复合多层薄膜领域，尤其涉及一种铜制齿轮淬火感应传感器陶瓷镀层及其制备方法。

背景技术

近年来，感应淬火以其加热速度快、热损失小、热效率高等其他传统热处理工艺难以比拟的优点而在金属热加工工艺中占据重要地位，其中的双频感应加热淬火技术最为典型。与传统热处理相比，被加热工件表面氧化脱碳少，成品率高。但是由于因工件加工精度问题易使得传感器与对向工件之间发生碰撞，出现打火问题，损坏传感器。

因此如何利用表面技术，在铜制淬火传感器表面设计并制备一种绝缘薄膜材料以解决因工件精度导致传感器与对向工件发生碰撞从而造成的打火问题，提高双频感应加热淬火的效率和精度，具有十分重要的科学研究价值和工业应用意义。

发明内容

发明目的：针对现有技术的不足与缺陷，本发明提供一种铜制齿轮淬火感应传感器陶瓷镀层及其制备方法，解决目前工业应用过程中传感器和对向工件之间因碰撞而发生的打火问题，改善传感器表面耐磨性与绝缘性，提升淬火效率；利用多靶共聚焦非平衡磁控溅射技术，以热膨胀系数递减与层间冶金结合为原则设计涂层，提升膜基结合力，更具应用价值。

技术方案：本发明的铜制齿轮淬火感应传感器陶瓷镀层，其特征在于：以薄膜热膨胀系数递减为顺序，依次沉积Cu-Ti-Zr薄膜、Ti-Zr薄膜与(Ti,Zr)N+(Zr,Ti)N薄膜，形成纳米结构多层膜材料作为镀层，所述薄膜厚度为2.5μm-10μm。

其中，所述的Cu-Ti-Zr薄膜为复合膜结构，Cu-Ti-Zr复合膜包括fcc-Cu、hcp-Ti及hcp-Zr三相结构，Cu、Ti、Zr的原子百分含量依次为41.7％、41.2％与17.1％；所述Cu-Ti-Zr复合膜经600℃-700℃真空退火后诱发Cu-Ti-Zr层与衬底间的扩散，并在层内/间形成Cu₄Ti₃与Cu₄Ti相。

其中，所述的Cu-Ti-Zr薄膜、Ti-Zr薄膜组成多层膜结构，Cu-Ti-Zr/Ti-Zr多层膜中包括fcc-Cu、hcp-Ti及hcp-Zr三相结构，Cu、Ti、Zr的原子百分含量依次为15.2％、60.6％与24.2％；所述Cu-Ti-Zr/Ti-Zr多层膜经700℃-800℃真空退火后诱发层内/间的扩散，并在层内/间形成Cu₄Ti₃、Cu₄Ti、Cu₃Ti、Cu₁₀Zr₇与ZrCu相。

其中，所述的Cu-Ti-Zr薄膜、Ti-Zr薄膜与(Ti,Zr)N+(Zr,Ti)N薄膜组成多层膜结构，Cu-Ti-Zr/Ti-Zr/(Ti,Zr)N+(Zr,Ti)N多层膜中包括fcc-Cu、hcp-Ti、hcp-Zr、fcc-TiN与fcc-ZrN五相结构，Cu、Ti、Zr、N的原子百分含量依次为16.1％、48.3％、18.3％与17.3％；所述Cu-Ti-Zr/Ti-Zr/(Ti,Zr)N+(Zr,Ti)N多层膜经800℃-900℃真空退火后诱发层内/间的扩散，并在层内/间形成Cu₄Ti₃、Cu₄Ti、Cu₃Ti、Cu₁₀Zr₇与ZrCu相。

其中，该镀层薄膜材料在经过高真空退火处理以后，薄膜的膜基结合力由退火之前的4.262N提升到了退火后的20N以上。