[發明專利]一種具有耐腐蝕性能的四元硬質陶瓷涂層及其制備方法和器件

有效

• 申請號: 201811149771.1
• 申請日: 2018-09-29
• 公開（公告）號: CN109023283B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 黃峰;吳玉美;李朋;葛芳芳
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/06
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 劉誠午

1.一種具有耐腐蝕性能的四元硬質陶瓷涂層，其特征在于，所述涂層的組成為Zr_xCu_yAl_zN_100-x-y-z，其中x，y，z為原子比，x＝38.8～46.4，y＝15.9～17.4，z＝4.7～7.1，涂層致密且無柱狀晶結構，涂層由ZrN晶相和非晶相兩相復合而成。

2.根據權利要求1所述的具有耐腐蝕性能的四元硬質陶瓷涂層，其特征在于，所述ZrN晶相中ZrN晶粒大小為5nm～50nm，相鄰兩ZrN晶粒間的非晶相厚度為2nm～30nm，ZrN晶粒均勻分布在非晶相中。

3.根據權利要求1所述的具有耐腐蝕性能的四元硬質陶瓷涂層，其特征在于，所述涂層表面粗超度Ra3nm，涂層導電率為1×10^-6～3×10^-6Ωm，涂層的硬度為20～30GPa。

4.根據權利要求1所述的具有耐腐蝕性能的四元硬質陶瓷涂層，其特征在于，所述涂層在3.5wt％NaCl溶液中的腐蝕電位為-0.34～-0.2V，腐蝕電流密度為1.61×10^-8～7.61×10^-9A/cm²。

5.根據權利要求1-4任一項所述的具有耐腐蝕性能的四元硬質陶瓷涂層，其特征在于，所述涂層的厚度為2～6μm，密度為6.2g/cm³～7.2g/cm³。

6.一種器件，其特征在于，所述的器件包括基底材料和位于基底材料上的如權利要求1-5任一項所述的具有耐腐性能的四元硬質陶瓷涂層；所述的基底材料為陶瓷、金屬或其合金。

7.根據權利要求6所述的器件，其特征在于，所述的基底材料和所述的涂層之間還包括一過渡層，所述的過渡層選自Zr、Al、Cu或其組合；所述過渡層的厚度為100～500nm。

8.根據權利要求1所述的具有耐腐蝕性能的四元硬質陶瓷涂層的制備方法，其特征在于，通過反應磁控濺射法沉積制備所述的具有耐腐性能的四元硬質陶瓷涂層。

9.根據權利要求8所述的具有耐腐蝕性能的四元硬質陶瓷涂層的制備方法，包括以下步驟：

(1)基體清洗；

(2)連接電源：將Zr₆₀Cu₃₀Al₁₀靶與直流電源相連，Zr靶與射頻電源相連，并將Zr₆₀Cu₃₀Al₁₀靶和Zr靶置于陰極；

(3)涂層沉積：將清洗后的基體裝入真空室中，當腔室真空度≤5×10^-5Pa時，開始通入反應濺射氣體并控制濺射氣壓,調整Zr₆₀Cu₃₀Al₁₀靶和Zr靶的濺射功率密度，在氮源存在下對基體施加負偏壓，控制沉積速率對基體進行沉積，得到所述的涂層。

10.根據權利要求9所述的具有耐腐蝕性能的四元硬質陶瓷涂層的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，所述反應濺射氣體為Ar和/或N₂；所述Zr₆₀Cu₃₀Al₁₀靶和Zr靶的功率密度為3.2W/cm²～5.0W/cm²，所述沉積速率為25nm/min～30nm/min。