[發明專利]一種Mo合金基體上MoTaAl涂層的制備方法

在審

• 申請號: 201711382567.X
• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN108149208A
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發明（設計）人: 張俊彥;張帆;梁愛民;高凱雄;牛博龍
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/16;C23C14/02
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 周瑞華

本發明公開了一種Mo合金基體上MoTaAl涂層的制備方法，將Mo合金基體清洗干燥后放入磁控濺射離子鍍設備的真空室中，靶材至少包含一個Mo靶、一個Ta金屬靶和一個Al金屬靶，將真空室抽真空，然后對Mo合金基體進行離于轟擊清洗，清洗后在Mo合金基體表面沉積一層Mo打底層，最后在Mo打底層上沉積MoTaAl鍍層。本發明方法具有工藝簡捷穩定、涂層成分控制精確、易實現工業化生產的特點。所制備的MoTaAl涂層與Mo合金基體結合良好，結構致密，Mo合金基體無氧化現象。

技術領域

本發明屬于物理氣相沉積領域，涉及一種利用磁控濺射在Mo合金基體上制備MoTaAl涂層的方法。

背景技術

航空發動機、渦輪機葉片、工業渦輪等結構材料在高溫下工作，受到高溫氧化和腐蝕。為了保護這些熱端部件在高溫下免受氧化腐蝕和延長壽命，人們對高溫結構材料和高溫合金涂層進行了大量的研究。自20世紀中期以來，隨著現代工業特別是航空、航天工業的快速發展，發動機的燃氣溫度在不斷提高，抗高溫氧化環境和性能已成為高溫合金的絕對必要條件。

改善高溫合金抗氧化性能的一種普遍方法是制備高溫防護涂層，許多新型涂層如銅化物、Mo化物等金屬化合物涂層，氧化物、氮化物、磷化物等陶瓷涂層及各種復合涂層材料正在加速發展之中。本課題利用磁控濺射精密儀器制備耐高溫、抗氧化、耐腐蝕、高硬度、耐磨損的Ta-Mo高溫合金涂層，正是適應了目前航空航天產品提高工作溫度的需要，有利于開發出更高性能的航空航天材料。

Mo-Ta系列涂層是當前國際上研究應用較多的一類合金涂層。鎳基和鈷基高溫涂層的最高使用溫度為1100℃，正在研制的新型彌散強化合金工作溫度可達1100-1300℃。但當構件長期工作在1300℃以上高溫并承受較大應力時則必須使用難熔金屬合金涂層，例如Mo-Ru、Ta-Ru、Mo-W以及Ti-Ta涂層等。

Ta具有密度大，熔點高，易氧化，不升華，有韌性等特點，而Mo則具有熔點高，易氧化，氧化物升華，室溫有韌性等特點。由于純Mo的室溫脆性限制了應用范圍，在Mo中添加其他元素可顯著降低Mo的韌/脆轉變溫度，提高再結晶溫度，提高室溫塑性及高溫強度，特別是在Mo合金發生再結晶后仍具有一定的塑性。這從根本上改善了Mo的性質，擴大了應用領域。

Ta的氧化物不易升華，所以可以改善Mo的氧化物的易升華的缺點。Ta具有彈性模量高的特性，是很理想的彈性材料，但Ta的加工硬化較快，加工難度很大。而將Mo、Ta合二為一，彈性模量介于二者之間，加工性能非常優異，完全避免了各自的不利因素，形成了十分理想的彈性材料。由于Ta-Mo合金涂層具有高溫性能及彈性性能兩大優勢，所以在航空航天、核能、電子等重要的工業部門將有廣泛的應用前景。

濺射沉積是在真空環境下，利用荷能離子轟擊材料表面，使被轟擊出的粒子沉積在基體表面的技術。磁控濺射可以被認為是鍍膜技術中最突出的成就之一，它具有濺射率高、基片溫升低、涂層與基體基結合力好、裝置性能穩定、操作控制方便等優點。

當涂層材料是高熔點金屬或復雜合金時，濺射方法制備涂層就有著非常明顯的優越性，濺射方法是目前制備高溫涂層最多的方法。Ta-Mo 涂層作為一種新型的高溫涂層，使用濺射方法與其他方法相比都具有更多的優越性。

由于濺射鍍涂層中靶材無相變，化合物的成分又不易發生變化，合金也不易發生分餾，因此它的應用范圍更為廣泛。它適用于不能用真空蒸鍍，或者難以用真空蒸鍍來制作薄涂層的高熔點、較低的蒸氣壓元素和化合物，這是濺射法最明顯的優點。

電弧蒸發沉積雖然具有設備簡單、操作方便、被廣泛使用的優點，但是它的缺點也很明顯，那就是在放電過程中容易產生微米量級尺寸的電極顆粒的飛濺，從而會影響沉積涂層的均勻性，因此在均勻性方面沒有磁控濺射方法好。