[發明專利]一種具有耐微生物腐蝕性的金屬/陶瓷雙相復合涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 202010529769.8
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111647850B
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發明（設計）人: 潘智健;徐江;周躍;常占華
• 申請（專利權）人: 新疆一和生物有限責任公司
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/34;C22C30/02;C22C32/00
• 代理公司: 北京鼎佳達知識產權代理事務所(普通合伙) 11348
• 代理人: 孟阿妮;張小勇

本發明為一種具有耐微生物腐蝕性的金屬/陶瓷雙相復合涂層及其制備方法。一種具有耐微生物腐蝕性的金屬/陶瓷雙相復合涂層的制備方法，利用雙陰極等離子濺射沉積技術，在Ti?6Al?4V合金工件表面形成具有微納米復合結構的金屬/陶瓷復合涂層；其中，所述的雙陰極等離子濺射沉積的工藝參數：靶材電壓850?950V，工件電壓300?350V，極間距8?10mm，工作氣壓35?40Pa，沉積溫度700?850℃，沉積時間3.0?3.5h；所述的靶材為混合Fe₂O₃?Al?Cr?Co?Ni?Cu靶，其成分配比為：22.97％Fe₂O₃，11.63％Al，22.40％Cr，16.94％Co，16.94％Ni，9.12％Cu。本發明所述的金屬/陶瓷雙相復合涂層由表層微米尺度的“筍狀”粗糙結構和底層致密層構成，該涂層在具有一定疏水性的同時，通過銅離子的釋放減少微生物對材料的破壞，陶瓷相的化學穩定性提高了其腐蝕性能。

技術領域

本發明屬于醫用材料的技術領域，具體涉及一種具有耐微生物腐蝕性的金屬/陶瓷雙相復合涂層及其制備方法。

背景技術

地球上最早的生命形態以微生物的形式出現，直至今日，這些體型極其微小的生物依舊與我們的日常生活和生產活動息息相關。其中，廣泛存在于自然界的一些特殊微生物以金屬或其他結構材料為生命活動的能量來源或物質來源，對人類的生產、生活造成了極大的財產損失和生命安全隱患。據悉，全球每年因金屬腐蝕失效造成約4萬億美元的經濟損失，其中由微生物生命活動和代謝產物造成的微生物腐蝕約占20％。各種腐蝕微生物按照氧需求及腐蝕機制的差異可以分為多種類型，主要包括硫酸鹽還原菌、鐵細菌、產酸菌和產氨菌等。在油田、土壤、深海等厭氧環境中，通常認為硫酸鹽還原菌(SRB)是導致微生物腐蝕的主要原因。例如：油田開采環境中，SRB會造成鉆井平臺、輸送管道等設備嚴重的內外腐蝕現象；在深海研究中，廣泛存在于海水中的SRB極易造成深海裝備因微生物腐蝕而過早失效。因此提高金屬材料的耐微生物腐蝕性能存在巨大的經濟應用價值。

有鑒于此，本發明提出一種新的具有耐微生物腐蝕性的金屬/陶瓷雙相復合涂層及其制備方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有耐微生物腐蝕性的金屬/陶瓷雙相復合涂層的制備方法，以雙陰極等離子濺射沉積技術為手段，利用Fe(Al,Cr)₂O₄尖晶石陶瓷較高的硬度和電化學穩定性，以及Cr、Ni、Co等貴金屬的耐腐蝕性，在Ti-6Al-4V合金表面制備具有耐微生物腐蝕性的金屬/陶瓷復合涂層。該涂層由表層微米尺度的“筍狀”粗糙結構和底層致密層構成，具有較高的硬度和一定的疏水性，并且能夠顯著提高鈦合金在硫酸鹽還原菌條件下的耐微生物腐蝕性能，擴大鈦合金在微生物腐蝕條件下的適用范圍和應用潛力。

為了實現上述目的，所采用的技術方案為：

一種具有耐微生物腐蝕性的金屬/陶瓷雙相復合涂層的制備方法，利用雙陰極等離子濺射沉積技術，在Ti-6Al-4V合金工件表面形成具有微納米復合結構的金屬/陶瓷復合涂層；

其中，所述的雙陰極等離子濺射沉積的工藝參數：靶材電壓850-950V，工件電壓300-350V，極間距8-10mm，工作氣壓35-40Pa，沉積溫度700-850℃，沉積時間3.0-3.5h；

所述的靶材為混合Fe₂O₃-Al-Cr-Co-Ni-Cu靶，其成分配比為：22.97％Fe2O3，11.63％Al，22.40％Cr，16.94％Co，16.94％Ni，9.12％Cu。

進一步地，所述的靶材電壓950V。

進一步地，所述的工件電壓300V。

進一步地，所述的極間距8mm。

進一步地，所述的工作氣壓35Pa。

進一步地，所述的沉積溫度800℃。