本发明专利技术属于金属材料防护涂层制备技术领域，公开了一种CrYN/TiBN多层复合涂层及其制备工艺和应用。本发明专利技术的CrYN/TiBN多层复合涂层沉积于316不锈钢片或硅片基体表面，所述的CrYN/TiBN多层复合涂层由Cr结合层、CrN过渡层、CrYN粘结层和CrYN/TiBN功能层叠加而成。本发明专利技术制备的多层复合涂层具有高硬度、良好的耐磨性、耐腐蚀性和化学性能稳定等优点，适用于高温、高腐蚀的海洋工程装备，有效提高海洋工程装备的使用寿命。程装备的使用寿命。程装备的使用寿命。
【技术实现步骤摘要】
一种CrYN/TiBN多层复合涂层及其制备工艺和应用
[0001]本专利技术属于金属材料防护涂层制备
，特别涉及一种CrYN/TiBN多层复合涂层及其制备工艺和应用。
技术介绍
[0002]随着海洋经济的高速发展，对海洋工程装备在海水环境中的防腐耐磨性能的要求逐渐提高。通常，海洋工程装备长期工作在海水环境下，由于摩擦与腐蚀的协同作用而产生失效，严重影响装备的寿命和安全性。316不锈钢是最必要和最具成本效益的结构材料之一，由于其低成本，足够的机械性能和耐腐蚀性，被广泛用于海洋工程装备中。然而，相关研究表明，由于电化学腐蚀和机械磨损的交替作用，316不锈钢在用作海洋装备时，在含有高氯腐蚀溶液中容易出现严重劣化和失效。在不影响基体特性的情况下，通过不同的沉积工艺在材料表面制备防护涂层，可有效提升海洋环境材料的耐磨损和耐腐蚀性能。在众多涂层制备工艺中，多弧离子镀因具有离化率高、沉积速率快等优势，广泛应用于制备金属紧固件、连接件等关键海洋装备零部件的表面涂层。
[0003]CrN涂层由于具有良好的抗氧化性、耐腐蚀性和耐磨性，已经被广泛应用于海洋装备制造的各个零部件表面。但CrN涂层具有柱状晶结构的特点，这会使CrN涂层在沉积过程中产生针孔，液滴和微裂纹等固有缺陷。因此，腐蚀溶液会通过固有缺陷形成的通道扩散到衬底，导致腐蚀的发生。系统地研究CrN基涂层在海洋腐蚀环境中的摩擦腐蚀行为和机理，开发一种海洋环境下耐磨损耐腐蚀涂层具有十分重要的应用价值。
技术实现思路
[0004]为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种CrYN/TiBN多层复合涂层。
[0005]本专利技术另一目的在于提供上述CrYN/TiBN多层复合涂层的制备工艺。
[0006]本专利技术再一目的在于提供上述CrYN/TiBN多层复合涂层在海洋装备制造领域的应用。
[0007]本专利技术的目的通过下述方案实现：
[0008]一种CrYN/TiBN多层复合涂层，其沉积于316不锈钢片或硅片基体表面，所述的CrYN/TiBN多层复合涂层由Cr结合层、CrN过渡层、CrYN粘结层和CrYN/TiBN功能层叠加而成。
[0009]所述的Cr结合层、CrN过渡层、CrYN粘结层和CrYN/TiBN功能层均为单层，其中Cr结合层比较薄，且与CrN过渡层结构相似。Cr结合层和CrN过渡层的总厚度、CrYN粘结层的厚度、CrYN/TiBN功能层厚度依次为0.12～0.24μm、0.18～0.51μm、1.16～2.2μm。
[0010]一种上述的CrYN/TiBN多层复合涂层的制备工艺，是采用电弧离子镀技术在基体上沉积CrYN/TiBN多层复合涂层，靶材选择纯金属Cr靶、CrY靶、TiB2靶；沉积CrYN/TiBN多层复合涂层时，首先通入氩气，开启离子源清洗基片；然后分别控制镀膜时的基体偏压、沉积
压强、反应气体流量、弧电流以及占空比等参数，依次：开启Cr靶，沉积Cr结合层，通入氮气，沉积CrN过渡层，开启CrY靶，沉积CrYN粘结层，同时开启CrY靶和TiB2靶沉积CrYN/TiBN功能层。
[0011]上述的CrYN/TiBN多层复合涂层的制备工艺，具体包括以下步骤：
[0012](1)清洗基片：通入氩气，开启离子源进行等离子体清洗基片；
[0013](2)沉积Cr结合层：采用电弧离子镀技术，在氩气环境下，开启Cr靶，在基材上沉积Cr结合层；
[0014](3)沉积CrN过渡层：关闭氩气，通入氮气，在Cr结合层上沉积CrN过渡层；
[0015](4)沉积CrYN粘结层：关闭Cr靶，开启CrY靶，在CrN过渡层上沉积CrYN粘结层；
[0016](5)沉积CrYN/TiBN功能层：开启TiB2靶，即同时开启CrY靶和TiB2靶在CrYN粘结层上沉积CrYN/TiBN功能层。
[0017]本专利技术在沉积CrYN/TiBN多层复合涂层时，弧电流均设置为50～100A；开启CrY靶和TiB2靶沉积CrYN/TiBN层时，设置偏压为
‑
50～
‑
200V，占空比为60％～90％，氮气流量为50～500sccm，调节沉积压强至0.05～2.0Pa，控制总沉积时间1.5～3h。
[0018]步骤(1)中所述的基片在开启离子源清洗前还优选为先通过超声清洗，具体步骤为：将基片依次在丙酮和酒精中超声清洗，然后用氮气吹干，再将其固定与镀膜室内转架上，以进行下一步的等离子体清洗。
[0019]步骤(1)中所述的等离子体清洗的具体参数如下：将镀膜室的真空度抽至3
×
10
‑3Pa，同时加热至350℃，设置偏压为
‑
200～
‑
1000V，氩气流量为50～200sccm，调节沉积压强至2.0Pa，分别对基体进行Ar等离子体清洗5～20min，去除基体表面污染层和氧化物。
[0020]步骤(2)中沉积Cr结合层的操作具体为：开启Cr靶，设置偏压为
‑
400～
‑
800V，占空比为60％～90％，氩气流量为50～200sccm，调节沉积压强至0.05～1.0Pa，沉积Cr结合层10～20min。
[0021]步骤(3)中沉积CrN过渡层的操作为：关闭氩气，通入氮气，设置偏压为
‑
50～
‑
200V，占空比为60％～90％，开启Cr靶，氮气流量为50～500sccm，调节沉积压强至0.05～1.0Pa，沉积CrN过渡层10～20min。
[0022]步骤(4)中沉积CrYN粘结层的操作为：在沉积过渡层后，关闭Cr靶，开启CrY靶,设置偏压为
‑
50～
‑
200V，占空比为60％～90％，氮气流量为50～500sccm，调节沉积压强至0.05～1.0Pa，沉积CrYN粘结层10～30min。
[0023]步骤(5)中沉积CrYN/TiBN功能层的过程具体为；开启CrY靶和TiB2靶沉积CrYN/TiBN层时，设置偏压为
‑
50～
‑
200V，弧电流为50～100A，占空比为60％～90％，氮气流量为50～500sccm，调节沉积压强为0.05～1.0Pa，沉积CrYN/TiBN功能层60～110min。
[0024]上述CrYN/TiBN多层复合涂层在海洋装备制造领域的应用。
[0025]本专利技术的机理为：
[0026]本专利技术采用电弧离子镀技术在316不锈钢和单晶Si片上沉积CrYN/TiBN多层复合薄膜。在不明显降低CrYN/TiBN涂层的耐热性能、力学性能和摩擦学性能的前提下，大幅度提高涂层的耐腐蚀性能。
[0027]在本专利技术CrYN/TiBN多层复合涂层制备过程中，沉积CrYN/TiBN功能层时，偏压对涂层性能有较大影响，当偏压较低时，所制备的涂层结构较为疏松，结合力较弱，沉积速率本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种CrYN/TiBN多层复合涂层，其特征在于：涂层沉积于不锈钢片或硅片基体表面，所述的CrYN/TiBN多层复合涂层由Cr结合层、CrN过渡层、CrYN粘结层和CrYN/TiBN功能层叠加而成。2.根据权利要求1所示的CrYN/TiBN多层复合涂层，其特征在于：所述的Cr结合层、CrN过渡层、CrYN粘结层和CrYN/TiBN功能层均为单层。3.一种根据权利要求1或2所述的CrYN/TiBN多层复合涂层的制备工艺，其特征在于：是采用电弧离子镀技术在基体上沉积CrYN/TiBN多层复合涂层，靶材选择纯金属Cr靶、CrY靶、TiB2靶；沉积CrYN/TiBN多层复合涂层时，首先通入氩气，开启离子源清洗基片；然后分别控制镀膜时的基体偏压、沉积压强、反应气体流量、弧电流以及占空比参数，依次：开启Cr靶，沉积Cr结合层，通入氮气，沉积CrN过渡层，开启CrY靶，沉积CrYN粘结层，同时开启CrY靶和TiB2靶沉积CrYN/TiBN功能层。4.根据权利要求3所述的CrYN/TiBN多层复合涂层的制备工艺，其特征在于包括以下步骤：(1)清洗基片：通入氩气，开启离子源进行等离子体清洗基片；(2)沉积Cr结合层：采用电弧离子镀技术，在氩气环境下，开启Cr靶，在基材上沉积Cr结合层；(3)沉积CrN过渡层：关闭氩气，通入氮气，在Cr结合层上沉积CrN过渡层；(4)沉积CrYN粘结层：关闭Cr靶，开启CrY靶，在CrN过渡层上沉积CrYN粘结层；(5)沉积CrYN/TiBN功能层：开启TiB2靶，即同时开启CrY靶和TiB2靶在CrYN粘结层上沉积CrYN/TiBN功能层。5.根据权利要求4所述的CrYN/TiBN多层复合涂层的制备工艺，其特征在于：在沉积CrYN/TiBN多层复合涂层时，弧电流均设置为50～100A；开启CrY靶和TiB2靶沉积CrYN/TiBN层时，设置偏压为
‑
50～
‑
200V，占空比为60％～90％，氮气...
【专利技术属性】
技术研发人员：李曼，于云江，邹长伟，田灿鑫，项燕雄，
申请(专利权)人：岭南师范学院，
类型：发明
国别省市：
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