【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于涂层的，更具体地，涉及一种cr2alc涂层及其制备方法和应用。
技术介绍
1、cr2alc max相材料特殊的层状结构和键合规律使其兼具金属和陶瓷的优异性质，其具有良好的化学稳定性、耐高温和耐腐蚀性能。同时，cr2alc max相材料与几种工业应用广泛的金属（如zr合金、316l不锈钢、ti合金等）热膨胀系数较为匹配，因此，cr2alc涂层在先进海洋工程装备，诸如船体结构件、海洋油气管道、船舶推进器轴承等领域极具应用潜力。
2、磁控溅射法是制备cr2alc材料的最主要的方法之一。现阶段，cr2alc涂层的制备方法主要分为两种，一种是直接在高温下采用磁控溅射法沉积cr2alc涂层，但这种沉积方法所需温度较高，对设备要求苛刻，限制了一些低熔点基底的应用；另一种是采用磁控溅射法低温沉积非晶涂层，之后对涂层在真空气氛下进行高温热处理生成cr2alc相，这种方法对pvd沉积设备的要求降低，应用价值更广泛。
3、公开号为cn114959569a的专利申请公开了一种cr2alc扩散阻挡层的制备方法，选取cr、al、c原子比为2：1：1的混合靶材，采用直流磁控溅射，在经过机械研磨并清洗干净的ni基高温合金上，沉积形成cr、a和c原子混合的涂层，随后在真空下热处理，温度650℃±50℃，保温1～20h，使cr-al-c混合材料形成的涂层晶化为纯相cr2alc扩散阻挡层。
4、上述方法需要在真空下进行退火处理，工艺较为繁杂，不利于涂层的实际应用。此外，当采用复合靶材制备多元组分的薄膜时，制备这些靶材
5、进一步地，磁控溅射技术通过复合靶材沉积的多元素薄膜的成分常与复合靶材的成分不同，这主要由元素的溅射特性（如角度和能量分布）和气相传输引起。特别地，使用cr2alc混合靶材沉积的薄膜在离子轰击和热诱导脱附作用下容易出现al缺失。因此，为避免al进一步损失，使用这种混合靶材制备的cr-al-c薄膜须在真空气氛中进行热处理促使其结晶。
6、此外，随着海洋装备的逐步发展，以及企业对海洋装备防腐蚀要求的逐步提高，对于cr2alc涂层也提出了更高的耐腐蚀需求。因此，如何提供一种更有利于实际应用，且耐腐蚀性更好的cr2alc涂层及其制备方法，成为亟需解决的技术问题。
技术实现思路
1、针对上述现有的技术问题，本专利技术的首要目的在于提供一种cr2alc涂层的制备方法，采用cr/c/al元素的三靶材依次溅射的方式，构建了以cr层-c层-al层为重复单元的多层膜体系，此种多层膜体系在空气气氛下即可退火实现晶相转变，制备获得的cr2alc涂层具有良好的抗氧化性、优异的电化学性能和耐腐蚀性。
2、本专利技术的第二个目的在于提供一种cr2alc涂层的制备方法制备获得的cr2alc涂层。
3、本专利技术的第三个目的在于提供一种cr2alc涂层在制备耐盐腐蚀的材料中的应用。
4、为了实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案予以实现的：
5、本专利技术提供了一种cr2alc涂层的制备方法，包括以下步骤：
6、s1. 采用磁控溅射分别依次将金属cr靶、石墨靶和金属al靶沉积在衬底上，形成由cr层、c层和al层组成的依次重叠的重复单元，按照上述顺序重复沉积，形成cr/al/c多层膜；
7、s2. 在空气气氛中，将生长在衬底上的cr/al/c多层膜升温至450～725℃，保温≥0.5h，降温，制备获得cr2alc涂层；
8、所述cr/al/c多层膜的厚度≥300nm；所述重复单元中，cr层的厚度为5～11nm，c层的厚度为2～6nm，al层的厚度为3～7nm；所述磁控溅射的条件为：真空度为3×10-4～9×10-4pa，工作压强为0.3～0.8 pa，氩气流速为5～20 sccm。
9、本专利技术采用cr/c/al元素的三靶材依次溅射的方式，构建了以cr层-c层-al层为重复结构单元的cr/al/c多层膜体系，cr/al/c多层膜体系在空气气氛以及450～725℃下进行热处理，促使cr/al/c多层膜结晶和氧化进而制备获得性能优异的cr2alc涂层。
10、专利技术人通过研究发现，在空气氛围下对cr/al/c多层膜体系进行热处理，当温度低于450℃时，cr/al/c多层膜体系的晶相转变过程尚未开始；而当温度高于750℃时，cr/al/c多层膜已经开始发生了分解。因此当温度低于450℃或高于750℃时，均难以获得本专利技术上述cr2alc涂层并实现对应技术效果。
11、本专利技术采用的cr/al/c多层膜体系使用单质靶材，成本低。对于多元化物而言，方便根据工艺条件的变化调控每一个元素的溅射产率和在薄膜中的占比，最终得到可以结晶的组分。此外，形成的cr/al/c多层膜也便于后续热处理过程中物质的扩散结晶。
12、本专利技术中cr/al/c多层膜在空气气氛下即可进行热处理，促使cr/al/c多层膜结晶。而化学计量比为2：1：1的cr2alc混合靶材在空气气氛下持续处于非晶态，不能够形成max相。
13、本专利技术中cr/al/c多层膜体系中包含的cr和al元素在高温空气气氛下会形成致密的氧化层，阻止多层膜内部进一步氧化。相对于在真空气氛下热处理，本专利技术工艺更为简单，更有利于涂层的实际应用。
14、专利技术人通过研究发现，当cr/al/c多层膜的厚度≥300nm，重复单元中，cr层的厚度为5～11nm，c层的厚度为2～6nm，al层的厚度为3～7nm时，本专利技术制备的cr2alc涂层具有良好的抗氧化性、优异的电化学性能和耐腐蚀性。与在真空气氛下热处理制备涂层相比，本专利技术在空气气氛下制备的上述特定厚度的cr2alc涂层在nacl电解质中不会有明显的溶解和吸附现象，能够有效降低自腐蚀电流密度，极大地提高了涂层的耐腐蚀性能。
15、优选地，所述步骤s2中，升温至625～675℃，保温0.5～2h。进一步优选地，升温至650℃，保温0.5h。在此优选条件下，cr/al/c多层膜的结晶度有显著提高，cr2alc涂层的自腐蚀电流密度更低，具有更优异的电化学性能和耐腐蚀性。
16、优选地，所述步骤s2中，升温的速率为2～20℃/min。进一步优选地，升温的速率为8～15℃/min；更优选地，升温的速率为10～12℃/min。
17、优选地，所述步骤s2中，降温的速率为2～20℃/min。进一步优选地，降温的速率为8～15℃/min；更优选地，降温的速率为10～12℃/min。
18、优选地，所述cr/al/c多层膜的厚度为300～1000nm。进一步优选地，所述cr/al/c多层膜的厚度为400～600本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种Cr2AlC涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，升温至625～675℃，保温0.5～2h。
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，升温的速率为2～20℃/min。
4.根据权利要求1或3所述制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，降温的速率为2～20℃/min。
5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述Cr/Al/C多层膜的厚度为300～1000nm。
6.根据权利要求1或5所述制备方法，其特征在于，所述重复单元中，Cr层的厚度为8～10nm，C层的厚度为3～5nm，Al层的厚度为4～6nm。
7.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，金属Cr靶的溅射功率为80～120 W，石墨靶的溅射功率为130～170 W，金属Al靶的溅射功率为40～80 W。
8.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述衬底选自Si、SiO2、Al2O3、YSZ中的一种或多种。
9.权利
10.权利要求9所述Cr2AlC涂层在制备耐盐腐蚀的材料中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种cr2alc涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，升温至625～675℃，保温0.5～2h。
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，升温的速率为2～20℃/min。
4.根据权利要求1或3所述制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，降温的速率为2～20℃/min。
5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述cr/al/c多层膜的厚度为300～1000nm。
6.根据权利要求1或5所述制备方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯琳，林思远，黄波，王楠，尼尕拉·米吉提，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：
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