[發明專利]一種全α相鉭涂層的制備方法

有效

• 申請號: 202110517827.X
• 申請日: 2021-05-12
• 公開（公告）號: CN113235060B
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 陳漢賓;李忠盛;吳護林;叢大龍;黃安畏;楊九州;陳大軍;李立;張昭林;付揚帆
• 申請（專利權）人: 中國兵器工業第五九研究所
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/16
• 代理公司: 重慶晶智匯知識產權代理事務所(普通合伙) 50229
• 代理人: 李靖

一種全α相鉭涂層的制備方法，以鉭作為濺射靶材，基體材料加熱后，在氬氣形成的0.6~0.95MPa工作壓力下，用霍爾電源對基體材料表面進行轟擊，然后調節基體材料正對靶材，加入直流濺射電流14~25A，待靶材起弧穩定后，在基體表面加入直流偏壓40~80V，偏電流為60~90A。通過本發明方法，制備出全α相鉭涂層，該涂層具有優異的耐腐蝕性能，與基體材料結合強度高、內應力低，可大幅度提高涂層的使用壽命，為工件提供長期有效的防護；該方法降低了制備成本，不采用昂貴惰性氣體，也無需進行高溫處理；本發明中磁控濺射溫度低，適用于多種金屬材料，而不降低工件性能。

技術領域

本發明涉及涂層制備技術領域，具體涉及一種α相鉭涂層的制備方法。

背景技術

金屬鉭化學穩定性高，具有優異的耐蝕性能，抗濃硫酸、鹽酸、堿等能力極強，此外，鉭熔點高、蒸氣壓低，也適用于高溫環境，且冷加工性能好，在化工、鋼鐵、冶金、醫療、電子、原子能及航天航空工業等諸多領域具有廣泛的應用前景。在金屬等構件表面制備出一薄層金屬鉭涂層也可以達到金屬鉭的優良耐蝕等性能，且材料成本大大降低，極大的推動了金屬鉭的應用，已在很多領域實現了成功應用。

金屬鉭具有α和β兩種晶體結構，二者性能差異較大，其中α相鉭為體心立方結構，具有優良的耐蝕性能和機械性能，可在劇烈的熱沖擊條件下防止裂紋的形成；β相鉭為亞穩態四方結構，具有脆性大、硬度高等特點；β相鉭在高于600℃開始轉變為α相。在合金基材表面制備α相鉭涂層，可以達到優異的性能，不過物理（磁控濺射、電弧離子鍍等）和化學氣相沉積（等離子體增強CVD、輝光CVD等）很難制備出全α相金屬鉭涂層，一般需要采用昂貴的Kr、Xe等作為工作氣體、或者沉積涂層后進行后續高溫熱處理，才可以獲得全α相的鉭涂層。但是，Kr、Xe氣體價格昂貴且稀有，后續高溫處理會導致基體材料性能、涂層與基體之間的結合強度會受到影響。在不影響鋼等基體性能的前提下，如何采用經濟、簡單的技術獲得耐蝕性優良、與基體結合強度高、應力低的α相金屬鉭涂層，是影響金屬鉭涂層應用領域和應用效果的關鍵。

目前磁控濺射制備涂層時，常采用的工作氣體為氬氣，而本領域一致認為，在磁控濺射過程中，以氬氣作為濺射氣體時，在基體溫度較低時，鉭粒子在沉積過程中不足以從β相轉化為α相，制備的鉭涂層多為β相，或者是α+β混合相結構。因此，如何在低溫環境下，以氬氣為濺射氣體制備出純相α相金屬鉭涂層，充分發揮α相金屬鉭涂層耐蝕性優良、與基體的結合強度高，且應力低的特點，大幅度提高金屬鉭涂層的使用壽命，是目前本領域需要解決的技術難點。

發明內容

基于上述技術問題，本發明目的在于提供一種全α相鉭涂層的制備方法，以氬氣為工作氣體，通過磁控濺射制備出鉭涂層為全α相結構，具有高致密度和優異的平整度、內應力小，與基體之間的結合強度高。

本發明目的通過如下技術方案實現：

一種全α相鉭涂層的制備方法，其特征在于：以鉭作為濺射靶材，不銹鋼基體材料加熱后，在氬氣形成的0.6~0.95MPa工作壓力下，用霍爾電源對基體材料表面進行轟擊，然后調節基體材料正對靶材，加入直流濺射電流14~25A，待靶材起弧穩定后，在基體表面加入直流偏壓40~80V，偏電流為60~90A。