[發(fā)明專利]一種可調(diào)控的Ti-Al-C系MAX相涂層的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111177314.5
• 申請(qǐng)日: 2021-10-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113969392A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪愛(ài)英;李忠昌;王振玉;張棟;周定偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所;寧波工業(yè)技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): C23C14/06
• 分類號(hào): C23C14/06;C23C14/35;C23C14/02;C23C14/16;C23C14/58
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 劉誠(chéng)午

本發(fā)明公開(kāi)了一種可調(diào)控的Ti?Al?C系MAX相涂層的制備方法，包括：以Ti?Al復(fù)合靶作為濺射靶，以碳?xì)錃怏w作為反應(yīng)氣源，所述的碳?xì)錃怏w的流量為5?12sccm，采用直流磁控濺射，對(duì)清潔后的基體表面濺射得到Ti?Al?C涂層，將所述的Ti?Al?C涂層加熱到600?700℃，保溫60?180min得到Ti?Al?C系MAX相涂層。該方法能夠簡(jiǎn)單、高效的調(diào)控不同的Ti?Al?C系MAX相，同時(shí)能夠降低熱處理溫度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及表面處理技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種可調(diào)控的Ti-Al-C系MAX相涂層的制備方法。

背景技術(shù)

MAX相材料是一大類熱力學(xué)穩(wěn)定、具有密排六方結(jié)構(gòu)的層狀高性能陶瓷金屬材料，通式為M_n+1AX_n，其中M位為早期過(guò)渡金屬元素，包括Ti、Cr等，A位通常為元素周期表中ⅢA或ⅣA族元素，像Al、Si等，X位元素為C或N，可以理解為由單層A原子分割的金屬碳化物或金屬氮化物納米層狀化合物。

一般來(lái)說(shuō)，M-X以強(qiáng)的共價(jià)鍵和離子鍵結(jié)合，而M-A依靠相對(duì)較弱的金屬鍵結(jié)合。這種獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)和成鍵方式，使MAX相兼具金屬和陶瓷的優(yōu)異性能，如優(yōu)異的機(jī)械穩(wěn)定性、高硬度，熱震耐受好，強(qiáng)的耐蝕性和高溫抗氧化性，良好的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率，以及自愈合特性和可加工性等，在核能、海洋、航空航天、汽車(chē)、生物醫(yī)藥等高技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。

在通式M_n+1AX_n中，n值表示MAX相晶體結(jié)構(gòu)中每?jī)蓪覣原子之間M原子的層數(shù)為n+1，目前大多數(shù)已知的MAX相材料n值主要有1、2、3，根據(jù)n值的不同將MAX相分為211，312，413相。其中典型的含Al的MAX相材料通過(guò)形成保護(hù)性Al₂O₃層而表現(xiàn)出顯著的抗高溫氧化和抗腐蝕性能，最具代表的Ti-Al-C體系和Cr-Al-C體系中又以Ti-Al-C化合物與Al₂O₃的熱膨脹系數(shù)相近成為不銹鋼、鈦合金、鎳基高溫合金等基體的合適的防護(hù)涂層。

Ti-Al-C系MAX相包括211相的Ti₂AlC和312相的Ti₃AlC₂兩種，兩者具有相似的成鍵特征和能帶結(jié)構(gòu)，性能相近。目前，Ti₂AlC和Ti₃AlC₂的主要制備方法為物理氣相沉積(PVD)技術(shù)中的陰極電弧濺射或者磁控濺射，由于相對(duì)復(fù)雜的MAX相長(zhǎng)c軸晶體結(jié)構(gòu)的合成需要足夠的擴(kuò)散率來(lái)劃分元素，所以兩者的成相需要高的熱處理溫度(800-1000℃)，Ti₃AlC₂因?yàn)楦L(zhǎng)的c軸，成相溫度要更高。

如何在較低溫度下實(shí)現(xiàn)211相和312相的制備，使得Ti-Al-C系MAX相對(duì)于不同類型基材有更強(qiáng)的適應(yīng)性，以及基于需求如何調(diào)控Ti-Al-C系MAX的不同相是亟需解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種可調(diào)控的Ti-Al-C系MAX相涂層的制備方法，該方法能夠簡(jiǎn)單、高效的調(diào)控不同的Ti-Al-C系MAX相，同時(shí)能夠降低熱處理溫度。

一種可調(diào)控的Ti-Al-C系MAX相涂層的制備方法，包括：

以Ti-Al復(fù)合靶作為濺射靶，以碳?xì)錃怏w作為反應(yīng)氣源，所述的碳?xì)錃怏w的流量為5-12sccm，持續(xù)通入惰性氣體，采用直流磁控濺射，對(duì)清潔后的基體表面濺射得到Ti-Al-C涂層，將所述的Ti-Al-C涂層加熱到600-700℃，保溫60-180min得到Ti-Al-C系MAX相涂層。

進(jìn)一步的，所述的碳?xì)錃怏w的流量為5-8sccm，得到Ti-Al-C系MAX相為211相。

進(jìn)一步的，所述的碳?xì)錃怏w的流量為9-12sccm，得到Ti-Al-C系MAX相為312相。

進(jìn)一步的，所述碳?xì)錃怏w為乙炔或甲烷。