[發明專利]一種深海環境耐腐蝕涂層及其制備方法

在審

• 申請號: 202111237785.0
• 申請日: 2021-10-22
• 公開（公告）號: CN113981395A
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 汪愛英;李淑鈺;孫麗麗;郭鵬;劉應瑞
• 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;C23C14/58;C23C14/02;C23C14/06;C23C14/16
• 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

本發明公開了一種深海環境耐腐蝕涂層的制備方法，包括：持續通入惰性氣體，在基體表面濺射得到鉻基涂層，然后通入干燥氣體，在基體表面形成鉻/氮化鉻涂層；在所述的鉻/氮化鉻涂層上濺射得到非晶碳層，在所述的鉻/氮化鉻涂層上濺射一層非晶碳/鉻基涂層得到初始耐腐蝕涂層；將所述的初始耐腐蝕涂層加入溶液中超聲清洗，擦拭，在0.1?0.4MPa壓力下，干燥氣體沖洗，然后將干燥氣體沖洗后的初始耐腐蝕涂層再次進行沉積；迭代沉積，在迭代后的耐腐蝕涂層上沉積一層非晶碳功能層得到深海環境耐腐蝕涂層。該制備方法制備的深海環境耐腐蝕涂層具有較好的海洋環境下抗腐蝕性能。

技術領域

本發明屬于表面工程防護技術領域，具體涉及一種深海環境耐腐蝕涂層及其制備方法。

背景技術

海洋環境的特點是高鹽、高壓、低溫、低粘度和高腐蝕性等。海洋工程裝備面臨著腐蝕、磨損、沖蝕、生物污損以及這些因素的協同作用等典型問題。海洋工程裝備是海洋經濟發展的基礎，發展先進海洋工程裝備和高技術船舶成為海洋開發的重點突破領域。船舶推進器軸承、潛艇浮力調節系統、水下機器人關節、海水液壓系統柱塞泵、深海鉆井升沉補償裝置等海工裝備關鍵運動部件不僅面臨嚴重海洋腐蝕環境，其工作時還面臨高靜水壓、高鹽腐蝕等苛刻環境，這使材料服役性能極易退化失效。

腐蝕和載荷交互作用是海洋工程裝備磨損的典型問題，例如深海科研探索中應用最廣泛的是水下航行器中的海水泵，它是航行器的核心裝置之一。海水泵中存在多個摩擦副，如主軸和滑動軸承，柱塞與缸孔，滑靴與摩擦盤等。這幾個摩擦副對于海水泵的機械效率，容積效率和壽命有著決定性作用。但是這些部件除了氣蝕，生物污損和腐蝕等問題外，還存在摩擦副零部件之間的磨損以及海水環境的腐蝕-磨損作用。

傳統的金屬材料以及高分子涂料在深海環境下的耐腐蝕性能會顯著降低.因此,亟待開發新型高性能耐蝕涂層，非晶碳涂層(又稱類金剛石薄膜，Diamond-like Carbon，簡稱DLC)是一種非晶態薄膜，由于具有高硬度和高彈性模量、低摩擦因數、耐磨損以及良好的真空摩擦學特性，很適合用于工作在苛刻條件下的耐磨涂層，由于非晶碳基涂層具有高硬度、優異耐摩擦腐蝕性在航空航天、汽車工業、海工裝備等領域，特別作為海工裝備關鍵運動部件的防護涂層具有廣闊的應用前景。

非晶碳基涂層的耐腐蝕性能與涂層的致密性密切相關。非晶碳基涂層在海水中具有足夠的化學惰性，但涂層中仍然還有許多固有的生長缺陷，通常，采用物理氣相沉積(Physical vapor deposition，PVD)制備的非晶碳基涂層在沉積過程中不可避免存在生長缺陷，包括節瘤缺陷、針孔缺陷以及貫穿型缺陷等等。其中貫穿型缺陷是由于沉積過程中顆粒脫落導致，缺陷處直接暴露基體，腐蝕性電解質滲透到基體，缺陷處發生陽極反應，出現局部腐蝕，對涂層在海洋環境下抗腐蝕性能影響最大。

發明內容

本發明提供一種深海環境耐腐蝕涂層的制備方法，該制備方法制備的深海環境耐腐蝕涂層表面具有較少的貫穿型缺陷，從而具有較好的海洋環境下抗腐蝕性能。

一種深海環境耐腐蝕涂層的制備方法，包括：

(1)持續通入惰性氣體，以鉻基靶材為濺射靶材，采用直流濺射技術，在基體表面濺射得到鉻基涂層，然后通入干燥氣體，在基體表面形成鉻/氮化鉻涂層；

(2)關閉所述的鉻基濺射靶材，打開石墨濺射靶材，在所述的鉻/氮化鉻涂層上濺射得到非晶碳層，關閉石墨濺射靶材，打開鉻基濺射靶材，在所述的鉻/氮化鉻涂層上濺射一層非晶碳/鉻基涂層得到初始耐腐蝕涂層；

(3)將所述的初始耐腐蝕涂層加入有機溶液中超聲清洗，擦拭，在 0.1-0.4MPa壓力下，干燥氣體沖洗，然后將干燥氣體沖洗后的初始耐腐蝕涂層再次通過步驟(2)進行沉積；

(4)迭代步驟(2)、(3)，關閉鉻基濺射靶材，打開石墨濺射靶材，在迭代后的耐腐蝕涂層上沉積一層非晶碳功能層得到深海環境耐腐蝕涂層。