[發(fā)明專利]一種鋼基材表面Al2O3涂層的原子層沉積制備方法

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• 申請日: 2018-05-28
• 公開（公告）號: CN108677164A
• 公開（公告）日: 2018-10-19
• 發(fā)明（設計）人: 張洪國;雷曼;鄭委
• 申請（專利權）人: 滁州國凱電子科技有限公司
• 主分類號: C23C16/40
• 分類號: C23C16/40;C23C16/455;C23C16/56
• 代理公司: 江蘇斐多律師事務所 32332
• 代理人: 袁敏

本發(fā)明公開了一種鋼基材表面Al₂O₃涂層的原子層沉積制備方法，首先用原子層沉積技術在鋼基材表面沉積一層厚度合適的非晶的致密的Al₂O₃涂層，然后在保護氣氛中用適宜的溫度熱退火處理得到結晶化的Al₂O₃陶瓷涂層。本發(fā)明的主要優(yōu)點是：一是可以在復雜形狀的鋼基材表面和內(nèi)部均可沉積得到厚度均勻且致密的涂層；二是涂層通過化學鍵與基底結合，附著性能強；三是制備方法簡單，環(huán)境污染小。

技術領域

本發(fā)明涉及一種鋼基體表面的氧化鋁涂層原子層沉積制備方法，屬于金屬材料表面功能涂層制備技術領域。

背景技術

Al₂O₃化學性質(zhì)穩(wěn)定，具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，是耐腐蝕涂層研究領域最重要的涂層材料之一，廣泛地應用在能源、化工、機電、交通器械等行業(yè)。在聚變反應堆中，加速器驅動次臨界系統(tǒng)(ADS)安全性強，可以實現(xiàn)嬗變處理長壽命核廢料、生產(chǎn)核燃料等功能。作為ADS系統(tǒng)的散裂靶兼冷卻劑的液態(tài)鉛鉍合金(LBE)具有良好的中子學性能及熱性能等。但當結構材料直接暴露在高溫流動的LBE中時，會因溶解、氧化等腐蝕而對核反應堆系統(tǒng)的安全運行造成威脅。對于500℃以上運行的ADS系統(tǒng)，必須在結構材料表面制備防腐蝕涂層進行保護。

然而傳統(tǒng)利用等離子體噴涂、火焰噴涂等工藝進行耐LBE腐蝕Al₂O₃涂層因致密性等問題而使其耐腐蝕性不夠理想，并且存在開裂、剝落等結合問題。并且熱噴涂涂層制備方法由于本身的工藝過程特點限制其不能在復雜結構部件表面、管道和腔體內(nèi)壁進行涂層制備。常規(guī)的氣相沉積、濺射和蒸發(fā)等物理沉積的涂層制備法都能在鋼基材表面制備出性能比較優(yōu)秀的Al₂O₃涂層，但是這類涂層制備工藝都不適宜在復雜表面和大面積表面制備涂層。通過熱浸鋁、表面包裹鋁箔、包埋共滲等方法在不銹鋼表面制備不同厚度的鋁，后續(xù)需要高溫氧化在表面生成Al₂O₃涂層，但是高溫氧法工藝過程中的基體溫度太高(上千攝氏度)，超過了鋼基體的熱處理溫度，會對鋼基體材料的機械性能等造成不可恢復的負面影響，大大限制了Al₂O₃涂層的應用。

原子層沉積(ALD)技術是一種可以精確控制涂層沉積的厚度，與基底以化學鍵結合涂層附著力強，并且不受基底的形狀及復雜程度影響涂層均能保持致密均勻，而采用ALD技術來實現(xiàn)鋼基材表面Al₂O₃涂層的制備卻研究的較少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明正是針對上述現(xiàn)有技術中存在的不足，提供一種鋼基材表面Al₂O₃涂層的ALD制備方法，該方法可以在管道內(nèi)外壁、腔體內(nèi)外壁等任意非封閉結構的復雜結構表面制備出致密均勻與基底結合力強且性能優(yōu)良的Al₂O₃涂層，并且不影響鋼基體材料本身的性能，解決Al₂O₃涂層走向核工業(yè)系統(tǒng)以及其他對材料要求嚴酷的工程應用環(huán)境中的一些技術限制問題。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種鋼基材表面Al₂O₃涂層的ALD制備方法，具體技術方案如下：

一種鋼基材表面Al₂O₃涂層原子層沉積制備方法，包括如下步驟：

(1)將鋼基材表面進行前處理后，放入原子層沉積腔中，采用原子層沉積工藝在鋼基材表面制備一層均勻致密、與鋼基材結合良好的非晶氧化鋁涂層；

(2)將覆有非晶氧化鋁涂層的鋼基材工件，放入保護氣氛中熱處理，以獲得高硬度、高耐磨、耐腐蝕性的結晶型Al₂O₃陶瓷涂層。