[發明專利]基于硅、碳、氫和氮的耐腐蝕涂層

無效

• 申請號: 200680036545.1
• 申請日: 2006-09-28
• 公開（公告）號: CN101278076A
• 公開（公告）日: 2008-10-01
• 發明（設計）人: P·莫蘭－皮瑞爾;C·埃奧;Y·加雄
• 申請（專利權）人: H.E.F.公司
• 主分類號: C23C30/00
• 分類號: C23C30/00;C23C28/04;C23C16/36
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 張力更

技術領域

本發明涉及部件的保護，該部件的表面對(干或濕)腐蝕敏感，并且任選地，在較小的程度上，對摩擦(frottement)和磨損(usure)敏感。更具體地，本發明的領域涉及旨在耐腐蝕(伴有或沒有摩擦和磨損)的表面的處理和涂覆。

本發明所針對的部件實際上是可腐蝕的金屬部件，非限制性的實例是由鋼、鋁合金、鎂合金制成的部件，或者是涂覆有可腐蝕金屬的非金屬部件，優選結構或表面機械部件，非排它性地例如是在汽車和建筑領域中。

背景技術

用于在材料表面上沉積賦予其良好耐(干或濕，酸或堿)腐蝕性的層的表面處理和涂覆方法為人所知已有很長時間了?？梢砸鏊杏糜诔练e油漆和清漆的方法。還存在電解方法，用于沉積保護性金屬，例如鋅以用于保護鋼，或者更一般地，鎳、鉻等，一般地，厚度大于10μm。總之，這些方法和材料賦予被涂覆的部件以或多或少有效的耐腐蝕性(特別依據它們的厚度)，但通常(除去涉及鉻的情況)并不提供任何特別的耐機械侵蝕如摩擦和磨損的性質。

而且，利用陶瓷如搪瓷層或者某些金屬層如鉻層來使部件的表面防摩擦和磨損在現有技術中是已知的。但是，在這種情況下，耐腐蝕性是低的，除非沉積的保護層非常厚(通常幾十微米厚)。最近的涂層在耐磨損方面具有非常高的效率。它們是過渡金屬的氮化物如TiN、CrN、TiAlN等。它們非常高的硬度賦予了它們非常高的耐磨損性，但目前的沉積技術不能將它們沉積到大的厚度，因此，它們幾乎不能提供腐蝕保護。這同樣也適用于無定形碳涂層，該無定形碳涂層有效地防摩擦和磨損，但其厚度在最佳情況下也不超過幾微米，因此不能提供有效的腐蝕保護。

電解沉積鎘或鉛這種工藝已經使用了很長時間，但由于這些材料的毒性和它們對環境的負面影響現在已被放棄。電解沉積鉻對環境也有負面影響，并且有關廢物的法規的發展使得它們越來越難以被使用。

目前，使得鐵合金能夠同時耐腐蝕和摩擦和磨損的解決方案基本上基于氮化和氧化的組合，但它們的使用需要高溫，在所有情況下均高于500℃。目前，大量的部件是下述這樣的金屬和合金來生產的：這些金屬和合金在高于200℃下加熱時會變形或者喪失它們的機械特性。

因此，目前仍然需要這樣的涂層，該涂層使得可腐蝕材料(無論是鋼、鋁合金還是鎂合金)的結構或表面部件能夠耐腐蝕，并且同時至少在一定程度上耐摩擦和磨損，而不需要高的處理溫度或過大的厚度。

發明內容

本發明基于以下的令人吃驚且出人意料的發現，即發現基于硅并且還包含碳、氮和氫的復合組合物的厚層的性質，這四種元素Si、C、H和N以明確定義的比例存在。已經發現：即使是大約一微米的低厚度，這些層例如在暴露于鹽霧中幾百個小時的過程中也能夠有效地保護鐵類金屬，同時它們的高硬度賦予了它們與上述金屬氮化物相當的耐磨損性。

這種結果是完全出乎意料的，因為通常接受和被證明的是：除陰極保護(通過鋅和鋁保護鋼)之外，薄層不可避免地具有缺陷并且因此是多孔的，從而允許侵蝕性液體到達并腐蝕基材，因而產生眾所周知的針孔腐蝕現象。

基于硅的薄層在其它應用中本身是已知的。因此，在聚合物上用作阻擋層或者用于織物防水處理的含氮(SiO_x)薄層本身是已知的。含碳和氫的硅薄層(常稱作“a-SiC:H”)本身也是已知的，并且從摩擦學的角度來看是有益的，但并不賦予任何腐蝕保護。

在現有技術的狀態下，由這些SiCHN薄層提供的保護仍然是不可解釋的。

更具體地，本發明提出了用于部件防腐蝕的薄層涂層，該部件由可腐蝕金屬材料制成或者由涂覆有可腐蝕金屬層的材料制成，例如基于Fe、Al或Mg的合金，該涂層基本上由硅、碳、氫和氮組成，所具有的組成是：

-通過ERDA技術測定的氫的原子含量是20±5原子％，

-通過盧瑟福背散射(RBS)技術測定的硅的原子含量是15-28原子％，

-氮和碳的原子濃度的比率(N/C)大于0.9，

-材料的硬度小于或等于2100daN/mm²。

涂覆有符合上述條件的薄層的部件的耐腐蝕性被證明是優異的。而且，符合材料的硬度的最大閾值(這看來對于良好的耐腐蝕性來說是重要的)已被證明與良好的耐磨損性和耐摩擦性是完全相容的。在本發明的優選實施方案中，使用硬度大于800daN/mm²的層。

實施本發明的優選范圍對應于比率N/C大于或等于1(甚至大于或等于1.2)，而其它所有條件保持相同。