一种耐腐蚀的复合碳基涂层及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种耐腐蚀的复合碳基涂层及其制备方法与应用。所述耐腐蚀的复合碳基涂层包括依次形成于基材表面的非晶碳基薄膜和有机碳基薄膜，所述非晶碳基薄膜为类金刚石薄膜，所述有机碳基薄膜为对二甲苯二聚体有机薄膜。所述制备方法包括：在基体表面沉积形成类金刚石薄膜；以及，采用化学气相沉积技术，在所述类金刚石薄膜表面形成对二甲苯二聚体有机薄膜，获得耐腐蚀的复合碳基涂层。本发明专利技术提供的耐腐蚀的复合碳基涂层在具有优良硬度、摩擦等物理性能的碳基薄膜(DLC)基础上增加CVD沉积的对二甲苯二聚体(PFC)有机涂层，使基体材料的防护既达到了良好的硬度、摩擦等物理性能又具有优异的耐腐蚀性能。又具有优异的耐腐蚀性能。又具有优异的耐腐蚀性能。

【技术实现步骤摘要】
一种耐腐蚀的复合碳基涂层及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及一种碳基涂层，尤其涉及一种耐腐蚀的复合碳基涂层及其制备方法与应用，属于防护涂层


技术介绍

[0002]金属材料是人类物质文明的基础，而无时不刻不在进行的金属腐蚀也给人类社会造成了巨大损失。调查表明，美国在1975年因金属腐蚀受到的经济损失约为700亿美元，当年美国的国民生产总值(GNP
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Gross National Produt)为16770亿美元，一年中金属腐蚀所造成的经济损失约占当年GNP的4.2％。至今美国仍按GNP的4.2％估算每年因金属腐蚀而受到的经济损失。其他国家也陆续进行了调查，结果表明金属腐蚀造成的经济损失大致为该国国民生产总值的4％。
[0003]随着海上运输、深海采油、港口码头、油气开发、海洋生物技术等新兴海洋产业的兴起，加上近年来深海开发中的油气勘探和生产活动的大大增加，人类对海洋的开发利用规模不断扩大，逐步从传统走向深入。正是由于海洋经济和海洋产业对人类社会的发展起着极为重要的作用，因此海洋环境中各类设备装置的防腐蚀涂层及其技术的开发将成为研究的重点。浸入海水的金属零部件，表面会出现稳定的电极电势，实际的金属材料总含有一些杂质，会导致化学性质也不均一，加上海水中溶解氧的浓度和海水的温度等也存在分布不均现象，会导致零件表面上各部位的电势不同，形成局部的腐蚀电池。其中电势较高的部位为阴极，较低的为阳极。电势较高的金属。另外，海水中含盐量较高，水中的含盐量直接影响水的电导率和含氧量，随着水中含盐量的增加，水的电导率增加但含氧量却下降，海水中的盐度并不和氯化钠的行为一致，海水中的钙离子等在金属表面析出沉淀物，起到一定的保护作用，在盐度低的地方钙离子等少，对金属的腐蚀会增强，此外海水中的氯离子能够破坏金属表面的氧化膜与金属离子形成络合物，后者在水解时产生氢离子，使海水的pH值下降，腐蚀增强。例如海油开采机的轴承，常由于海水的腐蚀导致生锈卡死，牌号8Cr4Mo4V钢，的化学成分相当于国外的M50钢，该材料优异的性能被大量用来制造轴承，其性能直接影响设备的可靠性和工作稳定性。随着海洋战略的兴起，海基环境的航发轴承大量使用，海洋环境下众多环境因素导致海洋装备腐蚀严重，电化学腐蚀和摩擦损伤交互作用引起腐蚀磨损，所以除了陆基环境对8Cr4Mo4V钢高硬耐磨等物理性能要求外，海洋环境下的高热高湿高盐雾也对其提出了耐电化学腐蚀和耐盐雾腐蚀的新要求。此外，不锈钢材料的机械运动零部件(阀门、齿轮、活塞环等)是钻井平台系统关键零部件之一，普遍使用的304、316等不锈钢虽然具有良好的耐腐蚀性，但其硬度较低，然而这些零部件在海洋环境中要承受其很大的腐蚀磨损，如管道系统中的球阀常因腐蚀磨损而导致泄露，对海洋环境带来极大污染。目前普遍认为，表面涂层改性技术是解决海洋环境下关键零部件腐蚀磨损问题的最有效手段之一。目前国内研发的一些材料零部件使用寿命低于国外同类产品，采取一些表面强化处理工艺来延长其寿命，但耐腐蚀、耐磨性能不够高，作用有限，因此有必要开发一种耐磨耐蚀复合涂层。关于CVD沉积的对二甲苯二聚体(PFC)有机涂层与PVD沉积高硬抗磨碳基涂
层相结合的研究缺乏。
[0004]气相沉积涂层包括物理气相沉积和化学气相沉积两种，具有良好的耐磨性、高硬度、高结合力等优异性能，能够提高部件的服役寿命，被广泛应用于防护涂层。碳基薄膜硬度高、摩擦系数低，是优秀的耐磨涂层，同时，非晶碳膜能在恶劣的酸碱环境中长期保持稳定，在防腐应用方面前景广阔。但PVD工艺的固有特征会使涂层产生微观的缺陷，如针孔等，这成为Cl
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、H2O等腐蚀媒质的主要扩散通道，基体一旦腐蚀就会导致涂层剥落，最终导致涂层失效。CVD技术制备的涂层致密度更高，是提高零件表面耐腐蚀性能的有效方法，而CVD制备的涂层硬度低，耐磨性差。

技术实现思路

[0005]针对上述耐磨耐蚀不足现状，本专利技术的主要目的在于提供一种耐腐蚀的复合碳基涂层及其制备方法。
[0006]本专利技术的另一目的在于提供所述耐腐蚀的复合碳基涂层的应用。
[0007]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0008]本专利技术实施例提供了一种耐腐蚀的复合碳基涂层，其包括依次形成于基材表面的非晶碳基薄膜和有机碳基薄膜，所述非晶碳基薄膜为类金刚石(DLC)薄膜，所述有机碳基薄膜为对二甲苯二聚体(PFC)有机薄膜。
[0009]在一些实施例中，所述复合碳基涂层包括依次形成于基材表面的过渡层、梯度过渡层、非晶碳基薄膜和有机碳基薄膜，所述过渡层为Cr层，所述梯度过渡层为Cr/WC复合层。
[0010]本专利技术实施例还提供了一种耐腐蚀的复合碳基涂层的制备方法，其包括：
[0011]在基体表面沉积形成类金刚石薄膜；
[0012]以及，采用化学气相沉积技术，在所述类金刚石薄膜表面形成对二甲苯二聚体有机薄膜，获得耐腐蚀的复合碳基涂层。
[0013]在一些实施例中，所述制备方法具体包括：
[0014](1)以Cr靶为靶材，对基体施加负偏压，在基体上溅射过渡层；
[0015](2)以WC靶、Cr靶为靶材，在所述过渡层上形成梯度过渡层；
[0016](3)以C2H为工作2气体，过高偏压电离C2H2气体形成类金刚石薄膜；
[0017](4)在真空环境中，使对二甲苯二聚体单体升华，升华温度80～140℃，气化后于650～710℃的高温下裂解，裂解后的气态单体聚合成膜，制得对二甲苯二聚体有机薄膜。
[0018]本专利技术实施例还提供了前述的耐腐蚀的复合碳基涂层于金属防护领域中的应用。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0020]本专利技术提供的耐腐蚀的复合碳基涂层在具有优良硬度、摩擦等物理性能的碳基薄膜(DLC)基础上增加CVD沉积的对二甲苯二聚体(PFC)有机涂层，使基体材料的防护既达到了良好的硬度、摩擦等物理性能又具有优异的耐腐蚀性能。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，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。
[0022]图1是本专利技术实施例1中耐腐蚀的复合碳基涂层的截面结构及形貌图；
[0023]图2是本专利技术实施例1中耐腐蚀的复合碳基涂层在大气环境中的摩擦曲线图；
[0024]图3a
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图3c分别是本专利技术实施例3中基体及涂层盐雾腐蚀实验48h和600h后的表面宏观状态图；
[0025]图4是对比例1中DLC涂层在大气环境中的摩擦曲线图；
[0026]图5是对比例1中DLC涂层盐雾腐蚀实验48h后的表面宏观状态图。
具体实施方式
[0027]鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐腐蚀的复合碳基涂层，其特征在于，包括依次形成于基材表面的非晶碳基薄膜和有机碳基薄膜，所述非晶碳基薄膜为类金刚石薄膜，所述有机碳基薄膜为对二甲苯二聚体有机薄膜。2.根据权利要求1所述的耐腐蚀的复合碳基涂层，其特征在于，所述复合碳基涂层包括依次形成于基材表面的过渡层、梯度过渡层、非晶碳基薄膜和有机碳基薄膜，所述过渡层为Cr层，所述梯度过渡层为Cr/WC复合层。3.根据权利要求2所述的耐腐蚀的复合碳基涂层，其特征在于：所述类金刚石薄膜的厚度为1.2～3μm；和/或，所述对二甲苯二聚体有机薄膜的厚度为1.5～5μm；和/或，所述过渡层的厚度为100～600nm；和/或，所述梯度过渡层的厚度为200～800nm；和/或，所述耐腐蚀的复合碳基涂层的厚度为3～8μm。4.如权利要求1
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3中任一项所述耐腐蚀的复合碳基涂层的制备方法，其特征在于，包括：在基体表面沉积形成类金刚石薄膜；以及，采用化学气相沉积技术，在所述类金刚石薄膜表面形成对二甲苯二聚体有机薄膜，获得耐腐蚀的复合碳基涂层。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，具体包括：(1)以Cr靶为靶材，对基体施加负偏压，在基体上溅射过渡层；(2)以WC靶、Cr靶为靶材，在所述过渡层上形成梯度过渡层；(3)以C2H为工作2气体，过高偏压电离C2H2气体形成类金刚石薄膜；(4)在真空环境中，使对二甲苯二聚体单体升华，升华温度80～140℃，气化后于650～710℃的高温下裂解，裂解后的气态单体聚合成膜，制得对二甲苯二聚体有机薄膜。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，溅射过渡层采用的工艺条件包括：采用的保护性气体的流量为100～300sccm，偏压为
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50～
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100V，靶功率为3～8kw，溅射时...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭武明，张学东，王海新，王立平，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：