一种高熵氮化物抗冲蚀涂层及其制备方法与器件技术

本发明专利技术公开了一种高熵氮化物抗冲蚀涂层及其制备方法与器件，属于工程材料技术领域。该抗冲蚀涂层包括于基体表面依次设置的Me过渡层及AlTiCrZrNbN高熵氮化物工作层；Me过渡层中的Me包括Ti、Cr和Zr中的至少一种；工作层对应的制备原料中Al、Ti、Cr、Zr、Nb的元素原子比为x:1:1:1:1，0.5<x<2；过渡层和工作层的厚度依次为0.20

【技术实现步骤摘要】
一种高熵氮化物抗冲蚀涂层及其制备方法与器件


[0001]本专利技术涉及工程材料
，具体而言，涉及一种高熵氮化物抗冲蚀涂层及其制备方法与器件。

技术介绍

[0002]冲蚀磨损作为现代工业生产中常见的一种磨损方式，给材料表面带来的冲击使得各个领域零部件快速失效，如材料运输的管道、飞机发动机压气机系统、压缩机叶片及节流阀阀体和阀门内部等。
[0003]基体材料表面改性技术是提高材料抗冲蚀能力最为直接有效的手段之一，高熵材料因其四大核心效应、特有的元素成分、物相结构及性质受到广泛的关注。
[0004]但目前，还未有能够同时具有较高硬度、弹性模量及抗冲蚀性的高熵材料涂层。
[0005]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的之一在于提供一种高熵氮化物抗冲蚀涂层以解决上述技术问题。
[0007]本专利技术的目的之二在于提供一种上述高熵氮化物抗冲蚀涂层的制备方法。
[0008]本专利技术的目的之三在于提供一种具有上述高熵氮化物抗冲蚀涂层的器件。
[0009]本申请可这样实现：
[0010]第一方面，本申请提供一种高熵氮化物抗冲蚀涂层，其包括于基体表面依次设置的Me过渡层以及AlTiCrZrNbN高熵氮化物工作层；
[0011]其中，Me过渡层中的Me包括Ti、Cr和Zr中的至少一种；AlTiCrZrNbN高熵氮化物工作层对应的制备原料中Al、Ti、Cr、Zr、Nb的元素原子比为x:1:1:1:1，0.5<x<2；
[0012]Me过渡层的厚度为0.20
‑
2μm，AlTiCrZrNbN高熵氮化物工作层的厚度为2
‑
8μm。
[0013]在可选的实施方式中，AlTiCrZrNbN高熵氮化物工作层由靠近Me过渡层至远离Me过渡层的方向，呈现出柱状晶特征逐渐减少且细小晶粒特征逐渐增多的复合形式；
[0014]和/或，AlTiCrZrNbN高熵氮化物工作层中所含的表面大液滴的面积主要集中于小于6
×
10
‑2μm2以及18
×
10
‑2μm2‑
120
×
10
‑2μm2范围。
[0015]在可选的实施方式中，AlTiCrZrNbN高熵氮化物工作层中具有单一的FCC固溶体结构。
[0016]第二方面，本申请提供如前述实施方式的高熵氮化物抗冲蚀涂层的制备方法，包括以下步骤：采用物理气相沉积方法于基体表面按顺序制备Me过渡层和AlTiCrZrNbN高熵氮化物工作层。
[0017]在可选的实施方式中，物理气相沉积方式为阴极电弧离子镀膜方式。
[0018]在可选的实施方式中，Me过渡层的制备条件包括：工作气体为Ar气，Ar气流量为100
‑
300sccm，炉内气压为0.5Pa
‑
2.0Pa，负偏压大小＞0V且≤200V，占空比为50％
‑
90％，靶电流为50A
‑
100A，电磁电压为15V
‑
45V，电磁频率为2.4Hz
‑
16.7Hz，沉积温度为250℃
‑
450
℃，沉积时间为5min
‑
30min。
[0019]在可选的实施方式中，AlTiCrZrNbN高熵氮化物工作层的制备条件包括：反应气体为氮气，气压为0.5Pa
‑
8Pa，氮气流量为100
‑
800sccm，脉冲电磁复合磁场电压为15V
‑
45V，电磁频率为6.7Hz
‑
33.3Hz，脉冲负偏压＞0V且≤400V，占空比为50％
‑
90％，靶电流为50A
‑
110A，沉积温度为250℃
‑
450℃，沉积时间为60min
‑
300min。
[0020]在可选的实施方式中，沉积之前，还包括对基体进行前处理。
[0021]在可选的实施方式中，前处理包括：对基体进行粗磨、抛光处理及超声清洗。
[0022]在可选的实施方式中，以型号为#180、#500、#800、#1200、#1500、#2000的砂纸依次进行打磨；
[0023]和/或，以粒径为2
‑
3μm的金刚石抛光膏和粒径为0.5
‑
1μm的金刚石抛光膏依次对打磨后的基体进行镜面抛光处理；
[0024]和/或，以丙酮和无水乙醇依次进行超声清洗15
‑
25min。
[0025]在可选的实施方式中，镜面抛光处理后的基体的表面粗糙度为20
‑
1000nm。
[0026]在可选的实施方式中，前处理还包括：在低真空条件下，对基体进行辉光清洗和离子刻蚀。
[0027]在可选的实施方式中，辉光清洗的条件包括：炉内气压为0.5Pa
‑
2.5Pa、负偏压大小为500V
‑
1000V、占空比为50％
‑
90％、Ar流量为100sccm
‑
300sccm、温度为250
‑
450℃、辉光清洗时间为10min
‑
30min；
[0028]和/或，离子刻蚀的条件包括：炉内气压为0.2Pa
‑
1.5Pa、负偏压大小为600V
‑
1000V、占空比为50％
‑
90％、Ar流量为100sccm
‑
300sccm、靶电流为60A
‑
100A、电磁电压为15V
‑
45V、电磁频率为2.4Hz
‑
16.7Hz、刻蚀时间为5min
‑
20min。
[0029]第三方面，本申请提供一种器件，其具有前述实施方式任一项的高熵氮化物抗冲蚀涂层。
[0030]在可选的实施方式中，器件包括管道、叶片或阀门。
[0031]本申请的有益效果包括：
[0032]本申请提供的高熵氮化物抗冲蚀涂层，其中Me过渡层可在基体与AlTiCrZrNbN高熵氮化物工作层之间起“粘着”作用，缓解工作层生长过程中残余应力的累积，提高工作层的韧性，同时还可增强工作层与基体之间的结合能力，减少冲蚀过程中涂层剥落，增加抗冲蚀能力。
[0033]AlTiCrZrNbN高熵氮化物涂层为工作层，可同时具有较高的硬度和H/E值，能较好地实现基体表面改性，在多角度抗冲过程中提高材料的使用寿命。
[0034]具有上述Me过渡层和工作层的高熵氮化物抗冲蚀涂层具有优异的力学性能、硬度、耐磨性及良好表面质量。
[0035]上述高熵氮化物抗冲蚀涂层的制备方法简单，沉积速率快，适用于工业生产。上述涂层可设置于器件表面以提高器件的抗冲蚀能力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高熵氮化物抗冲蚀涂层，其特征在于，包括于基体表面依次设置的Me过渡层以及AlTiCrZrNbN高熵氮化物工作层；其中，所述Me过渡层中的Me包括Ti、Cr和Zr中的至少一种；所述AlTiCrZrNbN高熵氮化物工作层对应的制备原料中Al、Ti、Cr、Zr、Nb的元素原子比为x:1:1:1:1，0.5<x<2；所述Me过渡层的厚度为0.20
‑
2μm，所述AlTiCrZrNbN高熵氮化物工作层的厚度为2
‑
8μm。2.根据权利要求1所述的高熵氮化物抗冲蚀涂层，其特征在于，所述AlTiCrZrNbN高熵氮化物工作层由靠近所述Me过渡层至远离所述Me过渡层的方向，呈现出柱状晶特征逐渐减少且细小晶粒特征逐渐增多的复合形式；和/或，所述AlTiCrZrNbN高熵氮化物工作层中所含的表面大液滴的面积主要集中于小于6
×
10
‑2μm2以及18
×
10
‑2μm2‑
120
×
10
‑2μm2范围；优选地，所述AlTiCrZrNbN高熵氮化物工作层中具有单一的FCC固溶体结构。3.如权利要求1或2所述的高熵氮化物抗冲蚀涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：采用物理气相沉积方法于基体表面按顺序制备所述Me过渡层和所述AlTiCrZrNbN高熵氮化物工作层。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，物理气相沉积方式为阴极电弧离子镀膜方式。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述Me过渡层的制备条件包括：工作气体为Ar气，Ar气流量为100
‑
300sccm，炉内气压为0.5Pa
‑
2.0Pa，负偏压大小＞0V且≤200V，占空比为50％
‑
90％，靶电流为50A
‑
100A，电磁电压为15V
‑
45V，电磁频率为2.4Hz
‑
16.7Hz，沉积温度为250℃
‑
450℃，沉积时间为5min
‑
30min。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述AlTiCrZrNbN高熵氮化物工作层的制备条件包括：反应气体为氮气，气压为0.5Pa
‑
8Pa，氮气流量为100
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张程，程驰，李海庆，林松盛，石倩，韦春贝，代明江，苏一凡，唐鹏，黄淑琪，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：