[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

本發明公開了一種具有耐腐蝕性能的四元硬質陶瓷涂層，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；本發明還公開了上述四元硬質陶瓷涂層的制備方法，采用磁控反應濺射法制得，在氮源存在的情況下，輔助射頻疊加直流的電源施加方式，無需加熱，制備了具有耐腐蝕性能的四元硬質陶瓷涂層，消除了柱狀晶結構帶來的貫穿性孔隙等缺陷；該結構特征使得該涂層具有較高硬度的同時表現出較好的耐腐蝕性。本發明同時公開了一種具有上述四元硬質耐腐陶瓷涂層的器件，該器件具有良好的耐腐蝕性能。

技術領域

本發明屬于防護涂層領域，具體涉及一種具有耐腐蝕性能的硬質陶瓷涂層及其制備方法和器件。

背景技術

物理氣相沉積涂層，簡稱PVD涂層，因其可具有良好的耐磨性、高硬度、高結合力而被廣泛用做防護涂層，以提高部件的服役壽命。但是，PVD涂層應用于耐腐蝕防護涂層時，存在著一些問題：一、PVD涂層的制備是一個遠離平衡態的過程(冷卻速率10¹²-10¹⁶K/s)，在此過程中，沉積原子由于擴散不充分，PVD涂層往往呈典型的柱狀晶結構，柱狀晶之間常存在著貫穿性孔隙或缺陷，是Cl^-、H₂O等腐蝕媒質的主要擴散通道；二、涂層受機械力作用，涂層會產生裂紋、微孔洞等缺陷，這些缺陷將成為新的腐蝕通道，進而加劇基體腐蝕，基體一旦腐蝕就會引起涂層剝落，最終導致涂層失效。

目前，對于PVD涂層在耐腐蝕防護方面所存在的問題，解決的主要方法有：

一、設法消除PVD涂層柱狀晶結構或提高涂層厚度，使得存在于柱狀晶間的貫穿空隙減少，如Liu研究組(An electrochemical impedance spectroscopy study of thecorrosion behaviour of PVD coated steels in 0.5NaCl aqueous solution:Part II,Corrosion Science,2003,45(6):1257)通過等離子輔助物理氣相沉積法制備了無柱狀晶結構的CrN涂層，耐腐蝕能力相比存在柱狀晶結構的CrN涂層提高了1個數量級。郎豐群團隊(The corrosion resistance and wear resistance of thick TiN coatings depositedby arc ion plating,Surface and Coatings Technology,2001,145(1-3):80)發現將TiN涂層的厚度提高到18μm以上，涂層的耐腐能力顯著增強。

二、通過制備多層結構的PVD涂層，利用多層來打斷涂層表面到基體的貫穿空隙，如中國專利申請CN1888124A公開了一種ZrO₂/TiN硬質納米多層涂層，由ZrO₂層和TiN層交替沉積在硬質合金、陶瓷或金屬基底上形成，ZrO₂層的厚度為2～8nm，TiN層厚為0.4～1.2nm，涂層總厚度為2～5μm，采用在氬氣氛中的雙靶濺射技術在拋光的金屬或陶瓷基體表面交替沉積ZrO₂層和TiN層得到，所得的ZrO₂/TiN納米多層涂層不但具有優異的高溫抗氧化性，而且具有19.1Gpa～23GPa的硬度。