硬质涂层及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及涂层领域，具体而言，涉及一种硬质涂层及其制备方法和应用。硬质涂层包括层叠设置的第一非晶金属氧化物层、第二非晶金属氧化物层和非晶合金层，第一非晶金属氧化物层位于最外层；第一非晶金属氧化物层的元素组成包括Ti、Zr、Nb、Si和O，第二非晶金属氧化物层的元素组成包括第一过渡金属、第一稀有金属、B和O，第一稀有金属为Ta和/或Nb，第一过渡金属为Co或Fe，非晶合金层的元素组成包括第二过渡金属、第二稀有金属和B，第二稀有金属为Ta和/或Nb，第二过渡金属为Co和/或Fe。本发明专利技术提供的硬质涂层具有优异的硬度、耐磨性和生物相容性。耐磨性和生物相容性。耐磨性和生物相容性。

【技术实现步骤摘要】
硬质涂层及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及涂层领域，具体而言，涉及一种硬质涂层及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着科技的进步和社会的发展，研制小型、多功能、高集成度的器件或设备已成为满足现代高新科技领域重要需求的发展方向，比如在包括手机、电脑等IT领域、微纳光电器件、汽车、医疗器械、油气管道、发电、石油钻探、医药化工及煤炭等行业具有非常重要的应用前景，其中多功能的涂层材料是关键支撑材料之一。将涂层覆于基体材料上，一方面可使得基体材料的外观具有选择性，增加了其可观赏性；另一方面，涂层的存在更是可以改善基体材料的耐磨性、表面质量等，尤其对于可穿戴式器件或与人体直接接触的设备对接触面材料的生物相容性也有严苛的要求，然而目前的涂层材料难以同时满足高硬度、优异耐磨性、柔韧性、耐腐蚀性和生物相容性等多功能特性要求。

技术实现思路

[0003]基于此，本专利技术提供了一种色彩丰富，且兼具有高强高硬、优异耐磨性和生物相容性的硬质涂层及其制备方法和应用。
[0004]本专利技术一方面，提供一种硬质涂层，其包括层叠设置的第一非晶金属氧化物层、第二非晶金属氧化物层和非晶合金层，且所述第一非晶金属氧化物层位于层叠结构的最外层；所述第一非晶金属氧化物层的元素组成包括Ti、Zr、Nb、Si和O，所述第二非晶金属氧化物层的元素组成包括第一过渡金属、第一稀有金属、B和O，所述第一稀有金属包括Ta和/或Nb，所述第一过渡金属包括Co或Fe，所述非晶合金层的元素组成包括第二过渡金属、第二稀有金属和B，所述第二稀有金属包括Ta和/或Nb，所述第二过渡金属包括Co和/或Fe。
[0005]可选的，如上述所述的硬质涂层，所述第一非晶金属氧化物层的材料包括(Ti,Zr,Nb,Si)
100
‑
x
O
x
，其中60＜x＜100。
[0006]可选的，如上述所述的硬质涂层，所述第二非晶金属氧化物层的元素组成包括Co、Ta、B和O。
[0007]可选的，如上述所述的硬质涂层，所述第二非晶金属氧化物层的元素组成包括Fe、Nb、B和O。
[0008]可选的，如上述所述的硬质涂层，所述第二非晶金属氧化物层的材料包括(Co,Ta,B)
100
‑
y
O
y
，其中35<y<100。
[0009]可选的，如上述所述的硬质涂层，所述第二非晶金属氧化物层的材料包括(Fe,Nb,B)
100
‑
z
O
z
，其中35<z<100。
[0010]可选的，如上述所述的硬质涂层，所述非晶合金层的元素组成包括Co、Ta和B。
[0011]可选的，如上述所述的硬质涂层，所述非晶合金层的元素组成包括Fe、Nb和B。
[0012]可选的，如上述所述的硬质涂层，所述非晶合金层的元素组成还包括氧元素，且所述氧元素的质量百分比小于35％。
[0013]可选的，如上述所述的硬质涂层，所述第一非晶金属氧化物层、所述第二非晶金属氧化物层和所述非晶合金层的层数各自独立地为1～100层；
[0014]所述第一非晶金属氧化物层、所述第二非晶金属氧化物层和所述非晶合金层每层的厚度各自独立地为0.01μm～10μm。
[0015]本专利技术一方面，还提供一种上述所述的硬质涂层的制备方法，其包括形成层叠设置的所述第一非晶金属氧化物层、所述第二非晶金属氧化物层和所述非晶合金层，且所述第一非晶金属氧化物层形成于层叠结构的最外层。
[0016]可选的，如上述所述的硬质涂层的制备方法，还包括提供基底和在所述基底上形成粘结层的步骤，所述粘结层用于粘结所述基底与所述硬质涂层。
[0017]本专利技术另一方面，进一步提供一种如上述所述的硬质涂层在制备电子设备、光电器件、医疗器械、可穿戴设备或工程管道中的应用。
[0018]本专利技术通过将具有生物相容性的第一非晶金属氧化物层、可以形成不同色彩的第二非晶金属氧化物层及具有优异耐磨性和高硬度的非晶合金层叠层设置，形成兼具优异强度、硬度、耐磨性和生物相容性、色彩丰富等多功能特性的硬质涂层。形成的硬质涂层的厚度和耐磨性可与目前已工业化的TiN涂层或WC涂层相当，甚至更高；而且硬质涂层的厚度可以达到10μm以上，远高于传统耐磨涂层或硬质涂层(TiN涂层或WC涂层的厚度通常＜2μm)。相比传统耐磨涂层，硬质涂层的韧性和服役寿命更佳。此外，硬质涂层还具有优异的生物相容性，其能够与纯钛的生物相容性相近或更好。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本专利技术实施例3中制得的黄色涂层的图片；
[0021]图2为本专利技术实施例3中制得的黄色涂层的XRD图；
[0022]图3为本专利技术实施例3中制得的黄色涂层的透过率曲线；
[0023]图4～6为本专利技术实施例4～6中制得的涂层的图片；
[0024]图7为本专利技术实施例3～6中制得的涂层的反射光谱图；
[0025]图8为本专利技术实施例7中制得的彩虹色涂层的图片；
[0026]图9为本专利技术实施例8中制得的硬质涂层中第一非晶金属氧化物层的XRD图；
[0027]图10为本专利技术实施例8中制得的硬质涂层的生物相容性测试结果。
具体实施方式
[0028]现将详细地提供本专利技术实施方式的参考，其一个或多个实例描述于下文。提供每一实例作为解释而非限制本专利技术。实际上，对本领域技术人员而言，显而易见的是，可以对本专利技术进行多种修改和变化而不背离本专利技术的范围或精神。例如，作为一个实施方式的部分而说明或描述的特征可以用于另一实施方式中，来产生更进一步的实施方式。
[0029]因此，旨在本专利技术覆盖落入所附权利要求的范围及其等同范围中的此类修改和变
化。本专利技术的其它对象、特征和方面公开于以下详细描述中或从中是显而易见的。本领域普通技术人员应理解本讨论仅是示例性实施方式的描述，而非意在限制本专利技术更广阔的方面。
[0030]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0031]本专利技术涉及一种硬质涂层，其包括层叠设置的第一非晶金属氧化物层、第二非晶金属氧化物层和非晶合金层，且第一非晶金属氧化物层位于层叠结构的最外层；
[0032]其中，第一非晶金属氧化物层的元素组成包括Ti、Zr、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硬质涂层，其特征在于，包括层叠设置的第一非晶金属氧化物层、第二非晶金属氧化物层和非晶合金层，且所述第一非晶金属氧化物层位于层叠结构的最外层；所述第一非晶金属氧化物层的元素组成包括Ti、Zr、Nb、Si和O，所述第二非晶金属氧化物层的元素组成包括第一过渡金属、第一稀有金属、B和O，所述第一稀有金属包括Ta和/或Nb，所述第一过渡金属包括Co或Fe，所述非晶合金层的元素组成包括第二过渡金属、第二稀有金属和B，所述第二稀有金属包括Ta和/或Nb，所述第二过渡金属包括Co和/或Fe。2.根据权利要求1所述的硬质涂层，其特征在于，所述第一非晶金属氧化物层的材料包括(Ti,Zr,Nb,Si)
100
‑
x
O
x
，其中60＜x＜100。3.根据权利要求1所述的硬质涂层，其特征在于，所述第二非晶金属氧化物层的元素组成包括Co、Ta、B和O；或所述第二非晶金属氧化物层的元素组成包括Fe、Nb、B和O。4.根据权利要求3所述的硬质涂层，其特征在于，所述第二非晶金属氧化物层的材料包括(Co,Ta,B)
100
‑
y
O
y
，其中35<y<100；或所述第二非晶金属氧化物层的材料包...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈娜，孙世棚，石敏艺，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：