[發(fā)明專利]一種電子束物理氣相沉積微米多層復(fù)合膜及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811505719.5
• 申請日: 2018-12-10
• 公開（公告）號: CN109666900A
• 公開（公告）日: 2019-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳喜鋒;魏剛;王佐平;劉洲超;劉海濤;張佳;張偉強;楊艷;張鏡斌
• 申請（專利權(quán)）人: 中國船舶重工集團公司第十二研究所
• 主分類號: C23C14/30
• 分類號: C23C14/30;C23C14/02;C23C14/16;C23C14/08;C23C14/58;C23C8/00
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 曾慶喜

本發(fā)明公開了一種電子束物理氣相沉積微米多層復(fù)合膜，包括金屬過渡層和陶瓷層，陶瓷層為9wt％Y₂O₃穩(wěn)定的ZrO₂；金屬過渡層為鎳基合金。其制備方法為，首先，對20CrNi₃A基板進行預(yù)處理，之后清洗實驗設(shè)備，將基板表面拋光，并在丙酮中超聲波清洗，將NiCoCrAl靶材和YSZ靶材分別放置于兩個坩堝內(nèi)，再將基板加熱至500℃，預(yù)熱時間為60min，同時將真空度調(diào)至10^?3～10^?2Pa，最后，采用兩把電子槍交替蒸發(fā)NiCoCrAl靶材和YSZ靶材沉積微米多層復(fù)合膜。采用本方法制備的膜層均勻致密，具有較低的摩擦系數(shù)及高的耐磨性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于膜材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電子束物理氣相沉積微米多層復(fù)合膜，還涉及該微米多層復(fù)合膜的制備方法。

背景技術(shù)

微米多層復(fù)合膜能夠綜合陶瓷材料和金屬材料的優(yōu)點，具有較高的強度和韌性，通常的金屬/陶瓷疊層材料間熱膨脹系數(shù)相差很大，會在這些疊層材料中引入很大的熱應(yīng)力，造成材料在使用過程中容易失效和破壞。采用電子束物理氣相沉積設(shè)備，通過工藝調(diào)整，制備微米多層復(fù)合膜，微米多層復(fù)合膜的微陶層通常具有柱狀晶結(jié)構(gòu)，應(yīng)變?nèi)菹薮螅茉谝欢ǔ潭壬细S金屬層的收縮和膨脹，從而能夠大大提高金屬/陶瓷疊層材料的沖擊性和使用壽命，但金屬層柱狀晶結(jié)構(gòu)會嚴(yán)重?fù)p害膜層的強度。

中國專利《一種高溫合金表面抗高溫氧化及阻止第二次反應(yīng)區(qū)形成的粘結(jié)層及其制備方法》(申請?zhí)枺?01010034157.8，公開號：CN101746090A，公開日：2010.06.23)公開了采用電鍍的方法在金屬基體上電鍍一層Ru，然后采用電子束氣相沉積的方法沉積上一層MCrAlYHf層，能夠阻擋基體與層之間元素的互擴散，提高膜層性能，但所制層含有柱狀晶結(jié)構(gòu)會嚴(yán)重?fù)p害膜層的強度，影響膜層的綜合性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種電子束物理氣相沉積微米多層復(fù)合膜，所制備的膜層均勻致密，具有較低的摩擦系數(shù)及高的耐磨性。

本發(fā)明的另一目的是提供上述微米多層復(fù)合膜的制備方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種電子束物理氣相沉積微米多層復(fù)合膜，包括金屬過渡層和陶瓷層，陶瓷層為9wt％Y₂O₃穩(wěn)定的ZrO₂；金屬過渡層為鎳基合金，其中Co含量為14％～16％，Cr含量為13％～15％，A1含量為1％～5％，余量為Ni，以上組分質(zhì)量百分比之和為100％。

本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，一種電子束物理氣相沉積微米多層復(fù)合膜的制備方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1，對20CrNi₃A基板進行預(yù)處理；

步驟2，用目數(shù)為1200的細(xì)砂紙打磨載物臺表面的異物，之后用蘸有無水乙醇的棉花擦拭真空室中載物臺表內(nèi)面、坩堝以及放置坩堝的凹槽，直至無明顯臟痕，最后，使用蘸有無水乙醇的棉花擦拭真空室四壁，去除污染物；

步驟3，經(jīng)步驟2后，將基板表面拋光至表面光潔度小于0.35um，之后并在丙酮中超聲波清洗10min～15min，吹干后連接到位于工作室中的旋轉(zhuǎn)軸上，將NiCoCrAl靶材和YSZ靶材分別放置于兩個坩堝內(nèi)，最后將工作室中的真空度調(diào)至10^-3Pa～10^-2Pa；

步驟4，經(jīng)步驟3后，將基板加熱至500℃，預(yù)熱時間為60min，排放基板上所吸附的氣體，保證蒸發(fā)過程中具有較高的真空度，同時將真空度調(diào)至10^-3～10^-2Pa；

步驟5，經(jīng)步驟4后，采用兩把電子槍交替蒸發(fā)NiCoCrAl靶材和YSZ靶材沉積微米多層復(fù)合膜。

本發(fā)明的特點還在于，