[發明專利]一種異質多層結構的超厚碳基復合涂層及其制法與應用

在審

• 申請號: 202211572430.1
• 申請日: 2022-12-08
• 公開（公告）號: CN115821206A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 郭武明;王立平;王海新
• 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: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/16;C23C14/35;C23C14/02;C23C16/26;C23C14/22;C23C16/50;C23C28/00
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 何勝男;王鋒

本發明公開了一種異質多層結構的超厚碳基復合涂層及其制法與應用。所述超厚碳基復合涂層包括依次形成于基體表面的過渡層和交替層疊層，其中，所述交替層疊層由異質結構層和非晶碳層交替層疊形成，所述異質結構層包括MeC層、MeN層、MeCN層中的任意一種或兩種以上的組合，Me選自Cr、Ti或W；所述超厚碳基復合涂層的最外層為非晶碳層。本發明制備的異質多層結構的超厚碳基復合涂層除了具有優異的力學性能、摩擦磨損性能外，還具有很好的耐腐蝕防護性能，能夠應用于海洋環境中具有長壽命和防腐要求的運動部件上。

技術領域

本發明屬于材料表面防護領域，具體一種異質多層結構的超厚碳基復合涂層及其制法與應用。

背景技術

由于海洋環境具有高鹽、高溫、高濕的特點，在海洋環境中服役的各種金屬結構和工程設備容易遭受化學腐蝕、電化學腐蝕、空泡腐蝕和海洋生物腐蝕。金屬材料在海洋環境中的防腐一直是研究人員關注的焦點和研究熱點，對材料表面進行保護已成為提高海洋環境服役材料使用壽命的主要手段。

物理氣相沉積方法制備的碳基涂層因其具有優異的摩擦學性能和化學惰性受到大量的關注。有人制備了摻雜硅的碳基涂層，由于其致密的涂層結構防止氯離子攻擊，具有較好的耐腐蝕性。一些研究人員認為，摻雜劑通過在表面形成惰性氧化物化合物，改變了碳基涂層的鈍化行為，從而提高了耐腐蝕性。但涂層沉積過程中因為內應力的存在使得這些涂層厚度較薄，一般在2～5μm左右，致使其優異的減摩耐磨特性難以長時間服役，且承載能力也受到較大的制約。同時，傳統的非晶碳基薄膜界面結構單一，其單層或雙層結構的結合力也比較低，在高剪切應力作用下難以維持低磨損率，而且簡單的單層雙層結構難以有效避免涂層內部的貫穿孔隙，導致氯離子能夠輕松的穿透涂層接觸基體，不能很好的起到耐腐蝕的作用，從而使得涂層的服役壽命大大降低。超厚涂層因制備難度大、沉積效率低等原因而導致研究較少。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種異質多層結構的超厚碳基復合涂層及其制法與應用，以克服現有技術的不足。

為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括：

本發明實施例提供了一種異質多層結構的超厚碳基復合涂層，其包括依次形成基體表面的過渡層和交替層疊層，其中，所述交替層疊層由異質結構層和非晶碳層交替層疊形成，所述異質結構層包括MeC層、MeN層、MeCN層中的任意一種或兩種以上的組合，Me選自Cr、Ti或W；所述超厚碳基復合涂層的最外層為非晶碳層。

本發明實施例還提供了前述的異質多層結構的超厚碳基復合涂層的制備方法，其包括：

提供基體；

采用磁控濺射技術在所述基體表面沉積形成過渡層；

以及，采用磁控濺射技術、離子源輔助化學氣相沉積技術在所述過渡層表面沉積交替層疊層，直至形成所述異質多層結構的超厚碳基復合涂層。

本發明實施例還提供了前述的異質多層結構的超厚碳基復合涂層于海洋環境下金屬運動部件表面防護領域中的用途。

與現有技術相比，本發明的有益效果在于：

(1)本發明提供的異質多層結構的超厚碳基復合涂層通過異質結構層與非晶碳層的交替沉積，有效降低了涂層的內應力，使涂層厚度可以達到10微米以上，且超厚的多層結構能夠有效避免涂層內部的貫穿孔隙，有效阻擋氯離子穿透涂層進入基體，很好的起到耐腐蝕的作用，從而大大增加涂層的服役壽命；

(2)本發明制備的異質多層結構的超厚碳基復合涂層除了具有優異的力學性能、摩擦磨損性能外，還具有很好的耐腐蝕防護性能，能夠應用于海洋環境中具有長壽命和防腐要求的運動部件上。

附圖說明