一种MAX-Ag相复合涂层及其制备方法和应用

本发明涉及表面工程，尤其涉及一种max-ag相复合涂层及其制备方法和应用。

背景技术：

1、电连接器是一种用于实现电信号的传输和控制以及电子与电气设备之间电力连接的基础组件，在航天、电子、通信、汽车等行业中应用范围广且数量多。接触件是电连接器中的导电部分和核心零件，其质量好坏、可靠与否，是各种电气设备乃至整个电路系统能否正常运行的关键。

2、为了使接触件表面形成电接触，现有技术会在接触件表面涂覆金属导电涂层，但现有的导电涂层材料导热及导电性一般，而且硬度较低，耐腐蚀和耐磨损性能不佳，抗电弧烧蚀能力差，严重影响了电连接器的使用寿命。

3、另外在现有的涂层制备工艺中，粉末冶金材料表面颗粒较大，容易增大接触电阻使得接触面温升较高，抗电弧烧蚀能力差；等离子喷涂涂层结合性不够，常常出现材料的脱落损失，表面缺陷严重；电镀涂层往往伴随着杂质的存在，会对涂层结构和电学性能产生负面的影响。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高硬度、耐磨损和抗烧蚀性能优越的导电涂层材料。

2、为实现上述目的，本发明第一方面提供一种max-ag相复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、在真空和惰性气体气氛下，对基体进行溅射清洗；

4、s2、在惰性气体或真空气氛下，利用直流磁控溅射复合阴极电弧镀膜装置，将cr靶作为电弧靶，alag靶作为直流脉冲磁控溅射靶，含c气氛作为反应气体，在基体表面沉积cr-al-c-ag涂层；

5、s3、在真空环境下，对cr-al-c-ag涂层进行退火处理，得到cr2alc-ag复合涂层。

6、本发明采用磁控溅射复合阴极电弧技术制备涂层，可以大幅提高涂层的致密性和均匀性，使涂层表面光滑无污染，制备的涂层以cr2alc max相作为基础相，赋予涂层优异的耐电弧烧蚀与抗熔焊特性， ag作为添加相复合到涂层中，能够提高涂层的电导率和润滑耐磨性。ag作为添加相，所需要的用量较少，可以节约生产成本。

7、进一步地，所述步骤s2中，工作气氛为氩气和含c气氛混合气体，含c气氛的通入流量为15~30sccm，氩气的通入流量为150~200sccm，控制气压为15～30mtorr。

8、进一步地，所述步骤s2中，沉积偏压为-50～-200v，cr靶功率为1～3kw，alag靶功率为2～3.5 kw，沉积时间为30～360分钟。

9、本步骤通过控制气体流量以及cr靶和alag靶的功率来控制涂层中各种元素的成分，控制沉积时间来调节涂层的厚度。

10、进一步地，所述步骤s3中，真空环境的真空度小于2.0×10-3torr，热处理温度为500～750℃，时间为30～180min。

11、本步骤通过控制热处理温度和时间以获得纯的max相涂层。

12、进一步地，所述步骤s1中，工作气氛为氩气，流量为30~50sccm，溅射时真空度为2.0×10-5～4.0×10-5torr，沉积偏压为-100～-250v，设置线性阳极离子源电流为0.2～0.3a，基体溅射清洗时间为30～120分钟。

13、本步骤控制清洗电流使氩气电离，氩离子在偏压作用下加速轰击在基体表面，用于去除氧化物，同时使表面活化。

14、进一步地，所述基体的材料选自钛、钛合金、不锈钢、紫铜中的任意一种或多种组合。

15、上述制备方法简单高效，镀膜速度快，工业应用价值较高，制得的涂层耐磨损能力好、抗熔焊性高、导电导热性良好、接触电阻低。

16、本发明的第二方面提供一种max-ag相复合涂层，由上述制备方法制得，所述max-ag相复合涂层呈cr2alc max相与alag3复合结构。

17、进一步地，所述max-ag相复合涂层中ag元素的复合量为1～50at%。通过控制靶材成分来控制涂层微结构和化学成分，以得到不同元素配比的复合材料涂层，涂层所需ag元素含量较少，节约材料效果明显。

18、进一步地，所述max-ag相复合涂层的厚度为800nm～10um。涂层厚度可以通过控制镀膜时间进行调整。

19、本发明的第三方面提供上述max-ag相复合涂层的应用，将其用于电连接器的接触件，接触件是指原件中与对应的导电零件相配合以提供电气通路的导电零件。本发明可以获得具有纳米晶结构分布均匀的复合涂层，实现高电导率的同时，提高硬度、耐磨损和抗烧蚀特性，延长使用寿命，可广泛应用于电连接器接触件涂装。

20、综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

21、采用本发明技术制备的max-ag相复合涂层均匀性好，涂层内部晶粒细小，晶体缺陷少，涂层具有良好的耐电弧烧蚀性、抗熔焊性、导电性以及导热性；

22、本发明通过ag元素复合对cr2alc涂层进行改性，ag作为软质金属的代表，摩擦过程中易铺展成膜在摩擦副表面形成转移膜，涂层耐磨损性能优异，使其在特殊工况下为关键设备提供固体润滑作用；

23、本发明可以通过控制镀膜时间调节涂层厚度，通过控制靶材成分来控制涂层微结构和化学成分，以得到不同元素配比的复合材料涂层，使涂层具有良好的机械性能；

24、本发明max-ag相复合涂层的制备方法简单高效，节约材料，符合可持续发展的环保理念，涂层具有在电连接器接触件中大规模应用的潜质，可实现巨大的经济效益。

技术特征：

1.一种max-ag相复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的max-ag相复合涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，工作气氛为氩气和含c气氛混合气体，含c气氛的通入流量为15~30sccm，氩气的通入流量为150~200sccm，控制气压为15～30mtorr。

3.根据权利要求2所述的max-ag相复合涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，沉积偏压为-50～-200v，cr靶功率为1～3kw，alag靶功率为2～3.5 kw，沉积时间为30～360分钟。

4.根据权利要求1所述的max-ag相复合涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，真空环境的真空度小于2.0×10-3torr，热处理温度为500～750℃，时间为30～180min。

5.根据权利要求1所述的max-ag相复合涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，工作气氛为氩气，流量为30~50sccm，溅射时真空度为2.0×10-5～4.0×10-5torr，沉积偏压为-100～-250v，设置线性阳极离子源电流为0.2～0.3a，基体溅射清洗时间为30～120分钟。

6.根据权利要求1-5任一所述的max-ag相复合涂层的制备方法，其特征在于，所述基体的材料选自钛、钛合金、不锈钢、紫铜中的任意一种或多种组合。

7.一种max-ag相复合涂层，其特征在于，由如权利要求1-6任一所述的制备方法制得，所述max-ag相复合涂层呈cr2alc max相与alag3复合结构。

8.根据权利要求7所述的max-ag相复合涂层，其特征在于，其中ag元素的复合量为1～50at%。

9.根据权利要求8所述的max-ag相复合涂层，其特征在于，其厚度为800nm～10um。

10.一种如权利要求7-9任一所述的max-ag相复合涂层的应用，其特征在于，将所述max-ag相复合涂层用于电连接器的接触件。

技术总结
本发明公开了一种MAX‑Ag相复合涂层及其制备方法和应用，涂层的制备方法包括以下步骤：S1、在真空和惰性气体气氛下，对基体进行溅射清洗；S2、在惰性气体或真空气氛下，利用直流磁控溅射复合阴极电弧镀膜装置，将Cr靶作为电弧靶，AlAg靶作为直流脉冲磁控溅射靶，含C气氛作为反应气体，在基体表面沉积Cr‑Al‑C‑Ag涂层；S3、在真空环境下，对Cr‑Al‑C‑Ag涂层进行退火处理，得到Cr<subgt;2</subgt;AlC‑Ag复合涂层。本发明采用磁控溅射复合阴极电弧技术制备涂层，可以大幅提高涂层的致密性和均匀性，使涂层表面光滑无污染，制备的涂层以Cr<subgt;2</subgt;AlC MAX相作为基础相，赋予涂层优异的耐电弧烧蚀与抗熔焊特性，Ag作为添加相复合到涂层中，能够提高涂层的电导率和润滑耐磨性。

技术研发人员：王振玉,董宇峰,汪爱英,王丽,袁江淮
受保护的技术使用者：中国科学院宁波材料技术与工程研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12