一种耐磨耐蚀复合层及其制备方法技术

本发明专利技术属于功能涂层技术领域，特别涉及一种耐磨耐蚀复合层及其制备方法。本发明专利技术提供了一种耐磨耐蚀复合层，包括层叠设置的底层、过渡层和表层，所述表层为交替层叠的高熵合金层和Ti2AlN层；所述表层的最内层为高熵合金层，所述表层的最外层为Ti2AlN层；所述高熵合金层的化学组成为AlSi

【技术实现步骤摘要】
一种耐磨耐蚀复合层及其制备方法


[0001]本专利技术属于功能涂层
，特别涉及一种耐磨耐蚀复合层及其制备方法。

技术介绍

[0002]MAX相材料是由三种元素组成的层状碳氮化物无机非金属类材料，由于多层的晶体结构使其同时兼有金属和陶瓷两方面的良好性能，如高导电导热性、易切削加工性、抗热冲击性、高熔点、高温耐腐蚀性和高温抗氧化性。
[0003]Ti2AlN相作为MAX相族中211相的一员，其晶胞中每层紧密堆积的Ti
‑
N层之间夹杂着一层Al原子，其中N原子固溶于相邻两层Ti组成的八面体间隙，Ti原子与N原子以较稳定的共价键和离子键结合，而Ti原子与Al原子或Al原子与Al原子之间以较弱的金属键结合；Ti2AlN相具有明显的层状结构。
[0004]目前的Ti
‑
Al
‑
N三元陶瓷薄膜，通常是以Ti作为底层，以TiAl作为过渡层，最外层是Ti2AlN相层，但是Ti、TiAl与基体之间的热膨胀系数等物理性能存在差异，容易在薄膜中形成内应力，导致薄膜与基体的结合力差，不耐磨；而且Ti2AlN相的层状结构也导致薄膜的耐腐蚀性能不佳。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种耐磨耐蚀复合层及其制备方法，本专利技术提供的耐磨耐蚀复合层具有耐磨、耐腐蚀性能优异的特点。
[0006]为了实现上述专利技术的目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种耐磨耐蚀复合层，包括层叠设置的底层、过渡层和表层，所述表层为交替层叠的高熵合金层和Ti2AlN层；所述表层的最内层为高熵合金层，所述表层的最外层为Ti2AlN层；
[0008]所述高熵合金层的化学组成为AlSi
m
CrFeNiTiMoV
‑
N，0≤m≤0.2，m为原子比。
[0009]优选的，所述底层的化学组成为X，所述过渡层的化学组成为XN；所述X为Cr或Ti。
[0010]优选的，所述表层中高熵合金层和Ti2AlN层的总层数为8～12层。
[0011]优选的，所述底层的厚度为0.2～0.4μm，所述过渡层的厚度为0.4～0.6μm；所述表层的厚度为6～8μm；所述表层中高熵合金层总厚度和Ti2AlN层总厚度的厚度比为1：(2～3)。
[0012]本专利技术还提供了上述技术方案所述耐磨耐蚀复合层的制备方法，包括以下步骤：
[0013]在基体表面依次电弧沉积底层和过渡层，得到初级复合层；
[0014]在所述初级复合层表面交替沉积高熵合金层和Ti
‑
Al
‑
N层，得到次级复合层；所述高熵合金层的化学组成为AlSi
m
CrFeNiTiMoV
‑
N，0≤m≤0.2，m为原子比，所述次级复合层的最外层为Ti
‑
Al
‑
N层；
[0015]将所述次级复合层进行退火以使Ti
‑
Al
‑
N层转变为Ti2AlN层，得到所述耐磨耐蚀复合层；
[0016]所述退火的保温温度为600～800℃，保温时间为90～150min，真空度≥2.0
×
10
‑2Pa。
[0017]优选的，所述高熵合金层的制备方法为：以AlSi
m
CrFeNiTiMoV靶为靶材，进行电弧沉积，0≤m≤0.2，m为原子比；
[0018]所述电弧沉积的条件包括：本底真空度为5.0
×
10
‑3Pa～2.0
×
10
‑3Pa，工作气压为0.5Pa～2.0Pa，工作气体为Ar和N2，Ar和N2的气体流量比为(0.2～1)：1，负偏压为
‑
300～
‑
100V，基体温度为150～300℃，沉积时间为10～20min。
[0019]优选的，所述AlSi
m
CrFeNiTiMoV靶的制备方法包括：
[0020]按照AlSi
m
CrFeNiTiMoV靶的元素配比，将Al粉、Cr粉、Ni粉、Ti粉、Mo粉、V粉、Fe粉和FeSi粉混合，得到高熵合金混合粉；
[0021]将所述高熵合金混合粉在基材金属表面进行熔覆，得到初级AlSi
m
CrFeNiTiMoV靶合金；
[0022]将所述初级AlSi
m
CrFeNiTiMoV靶合金进行热处理，得到所述AlSi
m
CrFeNiTiMoV靶；
[0023]所述熔覆为逐层熔敷，第n层熔覆行走方向与第n+1层熔覆行走方向水平向垂直。
[0024]优选的，所述熔覆的条件包括：摆幅宽度为10～20mm，摆幅速度为400～600mm/min，离子气体流量为1.0～2.0L/min，保护气体流量为10～20L/min，熔覆电流为90～130A，行走速度为40～80mm/min，送粉气体的流量为2.0～4.0L/min，送粉量为30～50％；
[0025]所述热处理的保温温度为500～800℃，保温时间为2～6h。
[0026]优选的，所述Ti
‑
Al
‑
N层的制备方法为：以Ti靶为电弧源靶材，以Al靶为磁控溅射源靶材，进行共沉积；
[0027]所述共沉积的条件包括：本底真空度为5.0
×
10
‑3Pa～2.0
×
10
‑3Pa，工作气压为0.5Pa～2.0Pa，工作气体为Ar和N2，Ar和N2气体流量比为(0.05～0.2)：1，负偏压为
‑
300～
‑
100V，基体温度为150～300℃，沉积时间为10～20min。
[0028]优选的，所述退火的温度由室温升温获得；所述升温的速率为3～5K/min；
[0029]所述退火后还包括降温，所述降温的程序为：进行第一降温至第一温度，由所述第一温度进行第二降温至室温；所述第一降温的降温速率为2～3K/min，所述第一温度的温度为250～350℃；所述第二降温为随炉冷却。
[0030]本专利技术提供了一种耐磨耐蚀复合层，包括层叠设置的底层、过渡层和表层，所述表层为交替层叠的高熵合金层和Ti2AlN层；所述表层的最内层为高熵合金层，所述表层的最外层为Ti2AlN层；所述高熵合金层的化学组成为AlSi
m
CrFeNiTiMoV
‑
N，0≤m≤0.2，m为原子比。
[0031]在本专利技术中，表层中的高熵合金层含有Al、Cr和Ni元素，可以提高耐磨耐蚀复合层的抗氧化性和耐腐蚀性；含有Ti、Mo和V元素，可以形成MoO3、TiO2和V2O3具有层状结构的Magneli相，起到润滑作用，降低摩擦系数，提高复合层的耐磨性；高熵合金层可以很好地阻断沿晶腐蚀，提高复合层的耐腐蚀能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐磨耐蚀复合层，包括层叠设置的底层、过渡层和表层，其特征在于，所述表层为交替层叠的高熵合金层和Ti2AlN层；所述表层的最内层为高熵合金层，所述表层的最外层为Ti2AlN层；所述高熵合金层的化学组成为AlSi
m
CrFeNiTiMoV
‑
N，0≤m≤0.2，m为原子比。2.根据权利要求1所述的耐磨耐蚀复合层，其特征在于，所述底层的化学组成为X，所述过渡层的化学组成为XN；所述X为Cr或Ti。3.根据权利要求1所述的耐磨耐蚀复合层，其特征在于，所述表层中高熵合金层和Ti2AlN层的总层数为8～12层。4.根据权利要求1所述的耐磨耐蚀复合层，其特征在于，所述底层的厚度为0.2～0.4μm，所述过渡层的厚度为0.4～0.6μm；所述表层的厚度为6～8μm；所述表层中高熵合金层总厚度和Ti2AlN层总厚度的厚度比为1：(2～3)。5.权利要求1～4任一项所述耐磨耐蚀复合层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在基体表面依次电弧沉积底层和过渡层，得到初级复合层；在所述初级复合层表面交替沉积高熵合金层和Ti
‑
Al
‑
N层，得到次级复合层；所述高熵合金层的化学组成为AlSi
m
CrFeNiTiMoV
‑
N，0≤m≤0.2，m为原子比，所述次级复合层的最外层为Ti
‑
Al
‑
N层；将所述次级复合层进行退火以使Ti
‑
Al
‑
N层转变为Ti2AlN层，得到所述耐磨耐蚀复合层；所述退火的保温温度为600～800℃，保温时间为90～150min，真空度≥2.0
×
10
‑2Pa。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述高熵合金层的制备方法为：以AlSi
m
CrFeNiTiMoV靶为靶材，进行电弧沉积，0≤m≤0.2，m为原子比；所述电弧沉积的条件包括：本底真空度为2.0
×
10
‑3Pa～5.0
×
10
‑3Pa，工作气压为0.5Pa～2.0Pa，工作气体为Ar和N2，Ar和N2的气体流量比为(0.2～1)：1，负偏压为
‑
300～...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏仕勇，金莹，万珍珍，谌昀，胡强，谢仕芳，
申请(专利权)人：江西省科学院应用物理研究所，
类型：发明
国别省市：