一種采用磁控濺射及真空熱處理制備耐酸堿納米哈氏合金涂層的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于納米合金涂層的制備領域，特別設及一種采用磁控瓣射及真空熱處理 制備耐酸堿納米哈氏合金涂層的方法。
【背景技術】
[0002] 磁控瓣射鍛膜技術是指在真空室中，利用用帶有幾十電子伏W上動能的高能粒子 轟擊材料表面，通過粒子動量的傳遞打出祀材中的粒子，將材料激發為氣態，最終使其沉積 在基體上形成薄膜的技術。由于瓣射鍛膜的粒子往具有極高的能量，物質是W高能態微粒 的形式沉積在基片上，運就使得瓣射沉積所得薄膜最突出的特點是膜的密度極高且膜基結 合力極強。但磁控瓣射由于存在"高能低溫"的特點，涂層中晶體普遍W柱狀晶的形式存在， 運樣造成涂層晶粒粗大，使其耐腐蝕性能造成較大影響。磁控瓣射納米涂層的制備不同于 其他涂層制備工藝，其并非是納米粉體原料直接制備，而是在制備過程中控制其瓣射工藝 及涂層晶體的成核過程，目前磁控瓣射技術納米薄膜的獲得主要通過兩種途徑：（1)在非 晶薄膜晶化的過程中控制納米結構的形成；（2)在薄膜的成核生長過程中控制納米結構的 形成，其中薄膜沉積條件的控制極為重要。
[0003] 納米晶由于其晶體半徑小，擺列整齊致密，晶隙較小，其晶體性能遠遠優于柱狀 晶。尤其是納米晶可更好的阻礙耐蝕介質穿透，其耐腐蝕性能遠遠優于柱狀晶涂層。
[0004] C-276哈氏合金由于是一種耐酸堿性能很強的合金，但由于其加入貴金屬元素，審U 備成本較高，在使用上只能用于高尖端領域，而在普通工器件的使用少還較少，所WC-276 哈氏合金的強耐酸堿性能的應用由于其塊材的高成本因素而受到極大的影響。
【發明內容】
陽0化]本發明所要解決的技術問題是提供一種采用磁控瓣射及真空熱處理制備耐酸堿 納米哈氏合金涂層的方法，本發明方法工藝簡單，效果明顯，對環境無污染，且本發明結合 磁控瓣射納米C-276哈氏合金涂層的制備方法，可制備加工出耐酸堿腐蝕性能級高的涂 層。
[0006] 本發明的一種采用磁控瓣射及真空熱處理制備耐酸堿納米哈氏合金涂層的方法， 包括：
[0007] (1)磁控瓣射制備納米C-276哈氏合金涂層；
[0008] (2)將上述制備的納米C-276哈氏合金涂層進行超聲清洗，主要目的是清除樣品 表面的有機物，防止樣品在真空熱處理是產生滲碳現象，然后進行真空熱處理，冷卻處理， 即得耐酸堿納米哈氏合金涂層；其中熱處理為：升溫至860-980°C，并保溫10-30min。所述 步驟（1)中磁控瓣射制備納米C-276哈氏合金涂層具體為：將C-276哈氏合金作為祀材， 同時將Q235低碳鋼作為基片置于基片架上，采用磁控瓣射沉積，在低碳鋼表面沉積一層哈 氏合金涂層；其中磁控瓣射沉積過程中工作氣壓為0. 1-0. 18Pa，的流速為20-24mL/min， 祀材由中頻脈沖電源控制，固定功率為350-400W，頻率為80-100曲z;沉積過程中，基片施 加-90V的中頻脈沖偏壓，基片溫度控制為260-300°C，沉積時間為1-化。低碳鋼為經超聲 清洗，并用氮氣吹凈。
[0009] 基片到祀材的距離為7-10畑1，磁控瓣射沉積前背底真空優于8X10中日。（在此真 空條件下所鍛薄膜雜質較少）
[0010] 磁控瓣射沉積前進行10-20min的預瓣射來清理祀表面。
[0011] 磁控瓣射沉積過程中，樣品臺的轉速為12-18r/min。 陽01引所述步驟似中超聲清洗為在乙醇溶液中超聲清洗。
[0013] 所述步驟（2)中真空熱處理為：置于剛玉相蝸并放置于高溫真空雙管爐內幾何中 屯、部位進行熱處理。
[0014] 所述步驟似中升溫的升溫速率為6-10°C/min。
[001引所述步驟似中冷卻處理具體為：進行高氨氣流強吹冷卻處理，溫度降至 300-350°C后關閉氨氣，然后隨爐冷卻。
[0016] 利用磁控瓣射技術制備C-276哈氏合金納米涂層，通過調整磁控瓣射工藝及相關 參數，涂層晶粒呈現出均勻致密的納米晶粒，改變了傳統磁控瓣射涂層粗大柱狀金的內部 結構，有效提高了涂層的耐腐蝕性能，該涂層在一定范圍內可代替哈氏塊材合金，運是將哈 氏合金推廣擴大化生產使用有效途徑，也是磁控瓣射納米涂層制備技術的一項突破。
[0017] 但是在高倍率顯微鏡下，磁控瓣射納米C-276哈氏合金涂層仍然有微裂紋的存 在，其孔桐的尺寸在納米尺度范圍內，運種微裂紋的存在仍然會影響涂層的耐腐蝕性能，運 是因為在腐蝕介質中，尤其是在溶液中，腐蝕粒子的半徑極小，有些粒子的半徑也在納米范 圍之內，所W涂層中的運些微裂紋也可為腐蝕介質提供通道，使腐蝕介質穿透涂層而進入 涂層內部甚至達到基體，運樣，在長時間的介質中浸泡時，腐蝕介質會進入到涂層內部對涂 層內部進行腐蝕，或穿過涂層直接對基體進行腐蝕，運勢必會對涂層的耐腐蝕性能造成一 定的影響。
[0018] 納米晶涂層的微裂紋主要存在于納米晶體界面之間，晶粒之間的結合仍未達到非 常致密的程度，所W納米晶體界面之間仍然存在微裂紋。
[0019] 納米晶粒由于其小尺度效應及高能效應，在受熱后會快速長大，長大倍數一般為 1-5倍，本發明正是利用納米晶粒的運種特性，將納米涂層整體置于真空爐中進行熱處理， 使納米顆粒在高溫下快速長大，從而使納米晶粒之間結合更加緊密，從而有效減少涂層的 微裂紋。
[0020] 有益效果
[0021] (1)本發明利用納米晶粒小尺寸效應及高能效應的特性，將磁控瓣射納米C-276 哈氏合金涂層在高溫下真空熱處理，利用納米晶粒的長大現象減少涂層中的微裂紋，從而 有效提局涂層的耐酸堿腐蝕性能；
[0022] (2)本發明利用高氣流氨氣強制吹冷的辦法對樣品進行冷卻處理，使樣品在真空 狀態下快速冷卻，運是防止由于高溫下樣品中溢出的少量水分及氣體再次進入涂層內部， 防止涂層中出現氣孔；
[0023] (3)本發明工藝簡單，效果明顯，對環境無污染，且本發明結合磁控瓣射納米 C-276哈氏合金涂層的制備方法，可制備加工出耐酸堿腐蝕性能級高的涂層，故本發明可工 業化大規模生產。
【具體實施方式】
[0024] 下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，運些實施例僅用于說明本發明 而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人 員可W對本發明作各種改動或修改，運些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定 的范圍。 陽〇2引 實施例1 陽0%] 將市售C-276哈氏合金作為祀材，將Q235低碳鋼經過丙酬、乙醇和去離子水超聲 清洗，并用高壓氮氣吹凈后放入沉積室內的基片架上。基片到祀材的距離約為7cm。沉積前 背底真空優于8X10中日，沉積過程中工作氣壓為0.IPa，N2流速為20血/min(標準狀態）。 C-276哈氏合金祀由中頻脈沖電源控制，固定功率為350W，頻率為80曲Z，為了提高樣品的 均勻性，樣品臺轉速為14r/min。為了提高膜層質量，瓣射前需進行20min的預瓣射來清理 祀表面。沉積過程中，基片施加-90V的中頻脈沖偏壓，基片溫度控制為260°C，沉積時間為 1. 5h，得到磁控瓣射納米C-276哈氏合金涂層樣品。
[0027] 將制備的磁控瓣射納米C-276哈氏合金涂層樣品在乙醇溶液中進行超聲清洗，清 洗結束后將樣品置于剛玉相蝸并放置于高溫真空雙管爐內幾何中屯、部位進行熱處理，熱處 理溫度為860°C，升溫速度為6°C/min,溫度達到指定溫度（指熱處理溫度860°C)后進行 保溫處理，保溫時間為lOmin，保溫結束后開通氨氣對樣品進行高氨氣流強吹冷卻處理，溫 度降至30(TC后關閉氨氣，使樣品隨爐冷卻。 陽0測實施例2
[0029] 將市售C-276哈氏合金作為祀材，將Q235低碳鋼經過丙酬、乙醇和去離子水超聲 清洗，并用高壓氮氣吹凈后放入沉積室內的基片架上。基片到祀材的距離約為7cm。沉積前 背底真空優于8X10中日，沉積過程中工作氣壓為0.IPa，N2流速為20血/min(標準狀態）。 C-276哈氏合金祀由中頻脈沖電源控制，固定功率為350W，頻率為80曲Z，為了提高樣品的 均勻性，樣品臺轉速為14r/min。為了提高膜層質量，瓣射前需進行20min的預瓣射來清理 祀表面。沉積過程中，基片施加-90V的中頻脈沖偏壓，基片溫度控制為260°C，沉積時間為 1. 5h，得到磁控瓣射納米C-276哈氏合