本發(fā)明屬于硬質(zhì)防護涂層，具體涉及一種高防腐耐磨硬質(zhì)的非晶多層涂層及其制備方法。

背景技術：

1、隨著船舶海運的迅猛發(fā)展，通過表面工程技術強化海洋裝備的表面，是提高其耐磨防腐性能的有效途徑。近年來，crn涂層因其高硬度及優(yōu)異的抗腐蝕性能成為海洋裝備潛在防護涂層。然而，crn涂層在沉積過程中通常以柱狀方式生長而形成粗大的柱狀晶，嚴重影響涂層的致密性，導致腐蝕液容易侵入涂層，使防護失效。此外，過高的摩擦系數(shù)也是限制crn作為耐磨防護涂層應用的主要因素。通過摻雜及多層結構調(diào)控是高性能防護涂層發(fā)展的重要方向。鋁(al)是最常見的摻雜元素，用于優(yōu)化crn涂層的微觀結構以及提高其抗腐蝕性能。鋁自發(fā)與空氣中的氧元素結合，從而形成致密的氧化層，阻礙涂層的進一步氧化以及被腐蝕。然而鋁質(zhì)軟，自身耐磨性能差，鋁在涂層中的摻雜無法明顯改善crn涂層的摩擦磨損性能。

2、多層結構調(diào)控是交替沉積不同類型的材料而形成多層涂層的一種技術手段，能夠結合不同材料的性能優(yōu)勢，利用多層界面擬制裂紋的擴展，防止應力集中，實現(xiàn)涂層力學性能及摩擦學性能的同步提升。目前，有關crn基的多層涂層已經(jīng)出現(xiàn)crn/zryn、crn/crnin、craln/tialn等類型涂層。例如，專利cn2024101224253一種crn/zryn納米多層膜涂層及其制備方法公開了crn/zryn納米多層膜涂層，所制備的多層涂層同時兼具高硬度和高韌性。專利cn201811108258.8crn/crnin納米多層涂層及其制備方法、納米多層涂層及其制備方法與應用中所制備的crn/crnin納米多層涂層具有韌性好、表面粗糙度低、耐腐蝕性好等特點。相對于單層涂層，多層涂層的構造能夠提升涂層的摩擦學及抗腐蝕性能。然而，已有的關于crn基多層涂層的現(xiàn)有技術均為晶體結構，涂層的柱狀生長方式也未見顯著優(yōu)化，在實際使用中仍存在不足，涂層的抗腐蝕性能及摩擦磨損性能仍有提升空間。因此，有必要對現(xiàn)有的涂層進行改進。

技術實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術問題，本發(fā)明的目的在于提供一種高防腐耐磨硬質(zhì)的非晶多層涂層及其制備方法，非晶多層涂層具備優(yōu)異的抗腐蝕性及高耐磨性能，同時還兼具良好的韌性以及與基體良好的結合強度，制備工藝操作簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)。

2、為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取的技術方案如下：

3、在本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提出一種高防腐耐磨硬質(zhì)的非晶多層涂層，包括：

4、cral過渡層；

5、crn/craln非晶主體層，沉積在所述cral過渡層上，其中，所述crn/craln非晶主體層是crn層與craln層交替沉積形成，所述crn層和所述craln層均為非晶結構。

6、優(yōu)選的，在crn/craln非晶主體層中，最內(nèi)層是crn層，最外層是craln層。

7、優(yōu)選的，所述crn層的厚度為5～20nm，所述craln層的厚度為10～30nm。

8、優(yōu)選的，所述crn層的層數(shù)大于或等于一層，所述craln層的層數(shù)大于或等于一層。

9、更優(yōu)選的，所述crn層與所述craln層的層數(shù)相同。

10、優(yōu)選的，所述crn/craln非晶主體層的總層數(shù)為40～80層，所述crn/craln非晶主體層的總厚度為1.5～3.0μm。

11、優(yōu)選的，所述cral過渡層是晶體結構或非晶結構，所述cral過渡層的厚度為300～500nm。

12、在本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明提出一種高防腐耐磨硬質(zhì)的非晶多層涂層的制備方法，在基體上沉積形成非晶多層涂層，如下：

13、(1)清洗基體：將打磨拋光后的基體通過超聲清洗，然后再進行輝光清洗；

14、(2)沉積cral過渡層：在氬氣氛圍中，通過濺射cral靶材在基體上沉積cral過渡層；

15、(3)沉積crn/craln非晶主體層：在氬氣和氮氣混合氣氛中，先通過濺射cr靶材，沉積形成crn層，然后通過濺射cral靶材，沉積形成craln層；交替沉積crn層和cral靶材，形成crn/craln非晶主體層。

16、優(yōu)選的，在步驟(2)中，沉積條件為真空度在0.5～1.0pa，氬氣流量為15～40sccm，調(diào)節(jié)基體偏壓為40～80v，采用直流磁控濺射電源濺射cral靶材，靶功率為120～180w，沉積時間為10～30分鐘。

17、優(yōu)選的，在步驟(3)中，沉積條件為真空度在0.5～1.0pa，氬氣流量為10～20sccm，氮氣流量為8～15sccm，在氬氣和氮氣混合氣氛中，調(diào)節(jié)基體偏壓為40～80v，首先采用第一直流磁控濺射電源濺射cr靶材；然后關閉第一直流磁控濺射電源，開啟第二直流磁控濺射電源濺射cral靶材；如此交替沉積多次最終獲得crn/craln非晶主體層。

18、更優(yōu)選的，在步驟(3)中，濺射cr靶材的靶功率為120～180w，濺射時間為20～80s；濺射cral靶材的靶功率為120～180w，濺射時間為20～80s。

19、更優(yōu)選的，在步驟(3)中，沉積總時間為100～200分鐘。

20、有益效果：

21、本發(fā)明的cral過渡層可有效銜接基體與crn/craln非晶主體層，降低體系的內(nèi)應力，使非晶多層涂層穩(wěn)定沉積在基體上，crn/craln非晶主體層中的crn及craln層均為非晶結構，微觀組織致密，無明顯缺陷，能夠極大地阻礙腐蝕液的侵入，非晶crn層與非晶craln層通過交替沉積形成納米多層結構，由于多層界面的阻礙，可顯著提升涂層整體的力學性能及摩擦性能，得到高硬度及高耐磨的涂層。本發(fā)明制得的非晶多層涂層能適用于金屬、硬質(zhì)合金和陶瓷等基體，易于工業(yè)化生產(chǎn)，尤其為海洋船舶的抗腐蝕難題提供了新的思路。

技術特征：

1.一種高防腐耐磨硬質(zhì)的非晶多層涂層，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的高防腐耐磨硬質(zhì)的高防腐耐磨硬質(zhì)的非晶多層涂層，其特征在于，在crn/craln非晶主體層中，最內(nèi)層是crn層，最外層是craln層。

3.根據(jù)權利要求1所述的高防腐耐磨硬質(zhì)的高防腐耐磨硬質(zhì)的非晶多層涂層，其特征在于，所述crn層的厚度為5～20nm，所述craln層的厚度為10～30nm。

4.根據(jù)權利要求1所述的高防腐耐磨硬質(zhì)的高防腐耐磨硬質(zhì)的非晶多層涂層，其特征在于，所述crn層的層數(shù)大于或等于一層，所述craln層的層數(shù)大于或等于一層。

5.根據(jù)權利要求1-4任一項所述的高防腐耐磨硬質(zhì)的非晶多層涂層，其特征在于，所述crn/craln非晶主體層的總層數(shù)為40～80層，所述crn/craln非晶主體層的總厚度為1.5～3.0μm。

6.一種高防腐耐磨硬質(zhì)的非晶多層涂層的制備方法，其特征在于，在基體上制備如權利要求1-5任一項所述高防腐耐磨硬質(zhì)的非晶多層涂層，非晶多層涂層的制備方法如下：

7.根據(jù)權利要求6所述的制備方法，其特征在于，在步驟(2)中，沉積條件為真空度在0.5～1.0pa，氬氣流量為15～40sccm，調(diào)節(jié)基體偏壓為40～80v，采用直流磁控濺射電源濺射cral靶材，靶功率為120～180w，沉積時間為10～30分鐘。

8.根據(jù)權利要求6所述的制備方法，其特征在于，在步驟(3)中，沉積條件為真空度在0.5～1.0pa，氬氣流量為10～20sccm，氮氣流量為8～15sccm，在氬氣和氮氣混合氣氛中，調(diào)節(jié)基體偏壓為40～80v，首先采用第一直流磁控濺射電源濺射cr靶材；然后關閉第一直流磁控濺射電源，開啟第二直流磁控濺射電源濺射cral靶材；如此交替沉積多次最終獲得crn/craln非晶主體層。

9.根據(jù)權利要求7所述的制備方法，其特征在于，在步驟(3)中，濺射cr靶材的靶功率為120～180w，濺射時間為20～80s；濺射cral靶材的靶功率為120～180w，濺射時間為20～80s。

10.根據(jù)權利要求6-9任一項所述的制備方法，其特征在于，在步驟(3)中，沉積總時間為100～200分鐘。

技術總結
本發(fā)明公開了一種高防腐耐磨硬質(zhì)的非晶多層涂層及其制備方法，非晶多層涂層包括：CrAl過渡層；CrN/CrAlN非晶主體層，沉積在所述CrAl過渡層上，其中，所述CrN/CrAlN非晶主體層是CrN層與CrAlN層交替沉積形成，所述CrN層和所述CrAlN層均為非晶結構。本發(fā)明的非晶多層涂層具備優(yōu)異的抗腐蝕性及高耐磨性能，同時還兼具良好的韌性以及與基體良好的結合強度，制備工藝操作簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)。

技術研發(fā)人員：徐星,徐志彪,吳昊
受保護的技術使用者：廣州航海學院
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/4/28