一种耐腐蚀BCSiAlCrN制造技术

本发明专利技术公开了一种耐腐蚀BCSiAlCrN

【技术实现步骤摘要】
一种耐腐蚀BCSiAlCrNx高熵氮化物薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种耐腐蚀高熵氮化物薄膜，尤其涉及一种耐腐蚀BCSiAlCrN
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高熵氮化物薄膜及制备方法，属于表面保护领域和电化学领域。

技术介绍

[0002]远洋贸易与海洋资源探索持续发展，使得每年由于海洋腐蚀造成极大损失，并持续增加。因此需要对对海洋防腐材料和技术提出更高要求。由于海洋装备部件长期在高湿度高盐分的状态下工作，且维修工作开展难度较大，研究防腐性能优良的表面保护材料具有重大意义。
[0003]近年来，高熵合金（HEA）和高熵合金薄膜（HEAF）因其优异的性能而受到广泛关注。在现有的HEA研究成果的基础上，学者们总结了HEA的一些独特作用，如高混合熵导致的低吉布斯自由能以及高相的稳定性。由于HEA倾向于形成单一的固溶体相和非晶相，这种晶体结构通常具有较为优异的耐蚀性，优良的耐磨性，同时也是高硬度材料的理想结构。同时，过渡金属氮化物具有较高的硬度、耐磨性能以及抗氧化性能被广泛应用于保护涂层。基于一些特定条件下的需求，例如在海水下，硬质涂层的耐腐蚀性能备受关注。因此，结合高熵合金和氮化物薄膜的特点，氮化物高熵合金成为了一种新型的具有发展性的防腐保护涂层。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供了一种耐腐蚀BCSiAlCrN
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高熵氮化物薄膜及其制备方法，以提高海洋环境中零部件表面的防腐能力。
[0005]一、BCSiAlCrN
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高熵氮化物薄膜的制备本专利技术耐腐蚀BCSiAlCrN
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高熵氮化物薄膜的制备方法，首先将清洗除去油污、锈斑的基底使用Ar离子直流磁控溅射钛靶制备Ti粘结层，再通入氮气制备TiN过渡层，然后在TiN过渡层上溅射BCSiAlCr靶材制备BCSiAlCrN
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高熵氮化物薄膜，得到耐腐蚀BCSiAlCrN
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高熵氮化物薄膜。具体操作工艺如下：（1）将被镀件于无水乙醇中超声清洗，除去油污、锈斑；（2）将被镀件装载于镀膜腔体封闭门的旋转工装架上，正对Ti靶，并保证其360
°
可旋转；（3）将镀膜真空室抽真空至10
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4 Pa，保持被镀件固定；打开偏压电源，通入氩气，保持气压3Pa，调节偏压1000 V，频率100Hz，占空比5%，清洗20~30分钟；（4）保持氩气气压1~2 Pa；调整偏压80~120 V，占空比50%，频率20Hz；打开Ti靶，打开直流脉冲电源，控制电流2~4A，脉冲频率20~40Hz，占空比40~80%，沉积20~30min，在被镀件表面沉积Ti粘结层；Ti粘结层的厚度为100~150nm；（5）通入氮气，氮气流量为5~100sccm，保持气压为1~3Pa；保持其他条件不变，沉积20~30min，在被镀件表面制备TiN过渡层；TiN过渡层的厚度为100~200nm；
（6）关闭Ti靶，旋转样品架带动被镀件至正对BCSiAlCr靶材，通入氮气，保持气压为1Pa~3 Pa；氮气流量为5~100sccm，控制电流2~4A，占空比50%，频率40Hz，保持其他条件不变，沉积2h；获得BCSiAlCrN
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高熵氮化物薄膜，BCSiAlCrN
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高熵氮化物薄膜厚度为1~2μm；（7）关闭BCSiAlCr靶材；关闭电源和气体，自然冷却30~40分钟，冲入氮气至大气压，取出被镀件。
[0006]上述制备的BCSiAlCrN
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高熵氮化物薄膜自工件表面由内向外依次为：Ti粘结层、TiN过渡层、BCSiAlCrN
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高熵氮化物薄膜（见图1）。
[0007]二、BCSiAlCrN
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高熵氮化物薄膜的耐腐蚀性能测试测试方法：使用三电极电化学工作站（μ
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AutolabIII，瑞士Metrohm）测试BCSiAlCrN
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高熵氮化物薄膜的耐腐蚀性，通过动电位极化和恒电位极化实验进行考察。
[0008]测试结果：被镀件在浓盐溶液中的腐蚀电流密度为0.03~0.4μA/cm2，腐蚀电位为
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30~
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160mV。BCSiAlCrN
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高熵氮化物薄膜具有很强的耐腐蚀性能，可以保障被镀件表面在腐蚀介质中长寿命、高可靠服役。
[0009]综上所述，本专利技术通过从Ti、TiN到BCSiAlCrN
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高熵氮化物薄膜的过渡设计，对薄膜的结合力和表面致密度有很大的提高，为实现防腐薄膜提供保障；薄膜表面结合高熵合金和氮化物的优点，形成具有高防腐性能的化合物，有效的提高了薄膜的防腐能力；利用磁控溅射突破性地将传统全金属高熵合金中的部分元素替代为硼碳硅无机元素，以更加具有反应活性产生耐腐蚀相，制备过程中，N和Ar离子共溅射BCSiAlCr靶材在基底表面形成CrN，Cr2N，Cr3C2，BN等化合物耐腐蚀相和单元素导电相，有利于提高薄膜的强韧性，降低部分金属带来的海洋污染可能性，且延长防护使用寿命。
附图说明
[0010]图1为本专利技术制备的BCSiAlCrN
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高熵氮化物薄膜结构示意图。
[0011]图2 为镀膜真空腔的主视图。
[0012]图3为镀膜真空腔的侧视图。
具体实施方式
[0013]下面结合附图，通过具体实施例对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0014]参见图2
‑
3：镀膜真空腔的结构示意图，其中，1——Ti靶；2——BCSiAlCr靶；3——腔体；4——不锈钢；5——工件架；6——腔体封闭门。镀膜真空腔中，对称放置Ti靶和BCSiAlCr靶材。旋转工装架安装在真空腔封闭门内侧，可平行于靶材360
°
旋转。
[0015]Ti靶的纯度为99.99%，BCSiAlCr靶材由热压法制备，元素含量为1:1:1:1:1。
[0016]实施例1（1）选用304不锈钢块体为被镀体，将被镀体用乙醇超声清洗30min，除去污渍；（2）将被镀体装载于镀膜真空室封闭门旋转工装架上，正对Ti靶，并保证工装架可360
°
可旋转；（3）将镀膜真空室抽真空至10
‑4Pa；保持被镀体固定，打开偏压电源，通入氩气，保持气压3 Pa，偏压1000 V，频率100Hz，占空比5%，清洗30分钟；（4）保持氩气气压1Pa；调整偏压80V，占空比50%，频率20Hz；打开Ti靶，打开直流脉
冲电源，控制电流2A，脉冲频率20Hz，占空比40%，沉积20min分钟，在被镀体表面沉积Ti粘结层，厚度约为100nm；（5）通入氮气，氮气流量为50sccm，保持气压为1.5Pa；保持其他条件不变，沉积20min，在被镀件表面制备TiN过渡层，TiN过渡层的厚度约为150nm；（6）关闭Ti靶，旋转样品架带动被镀件至正对BCSiAlCr靶材，通入氮气，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐腐蚀BCSiAlCrN
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高熵氮化物薄膜，自基底表面由内向外依次为：Ti粘结层、TiN过渡层、BCSiAlCrN
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高熵氮化物薄膜。2.如权利要求1所述耐腐蚀BCSiAlCrN
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高熵氮化物薄膜，其特征在于：所述Ti粘结层厚度为100~150nm，TiN过渡层厚度为100~200nm，BCSiAlCrN
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高熵氮化物薄膜厚度为1~2μm。3.如权利要求1所述一种耐腐蚀BCSiAlCrN
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高熵氮化物薄膜的制备方法，首先将清洗除去油污、锈斑的基底使用Ar离子直流磁控溅射钛靶制备Ti粘结层，再通入氮气制备TiN过渡层，然后在TiN过渡层上溅射BCSiAlCr靶材制备BCSiAlCrN
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高熵氮化物薄膜，得到耐腐蚀BCSiAlCrN
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高熵氮化物薄膜。4.如权利要求3所述耐腐蚀BCSiAlCrN
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高熵氮化物薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）将被镀件于无水乙醇中超声清洗，除去油污、锈斑；（2）将被镀件装载于镀膜腔体封闭门的旋转工装架上，正对Ti靶，并保证其360
°
可旋转；（3）将镀膜真空室抽真空至10
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4 Pa，保持被镀件固定；打开偏压电源，通入氩气，保持气压3Pa，调节偏压1000 V，频率100Hz...

【专利技术属性】
技术研发人员：张斌，赖振国，张俊彦，贾倩，高凯雄，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：