专利名称：磷化硼耐磨耐蚀涂层的制备方法
技术领域：
本发明属于耐磨耐蚀涂层领域；具体涉及磷化硼耐磨耐蚀涂层的制备方法。
背景技术：
船舰的螺旋推进器、轴和潜艇密封件等部件不仅要求有优异的力学性能，以降低运行中产生的磨损；更重要的是能在航海环境中抵御海水的腐蚀。但是海水中大量存在的氯离子对不锈钢具有很强的破坏性，氯离子能优先选择吸附在不锈钢的钝化膜上，与钝化膜中的阳离子结合成可溶性物质，从而对不锈钢造成破坏性的腐蚀。因此，在不锈钢基底上沉积耐磨耐蚀涂层是解决此问题的可行方法。磷化硼薄膜凭借其高硬度、高模量以及化学稳定性，显现出优异的耐磨耐蚀性能，能成为舰船上不锈钢部件表面保护涂层的优选材料。目前常用的热分解和PECVD等制备方法，往往出现沉积温度高、表面缺陷多以及气路复杂不安全等问题。沉积温度对薄膜的结晶质量有影响，过高的温度会产生立方BP至斜六方 B12P2的相变，使薄膜的力学性能下降；表面缺陷的增加会加快其腐蚀速率、影响其磨损寿命；而气路的复杂不安全性也不利于实际应用。
发明内容
本发明要解决现有磷化硼薄膜制备方法存在寿命短的技术问题；而提供了磷化硼耐磨耐蚀涂层的制备方法。能满足精确控制成分、均勻致密且缺陷少以及高沉积速率等要求的磷化硼薄膜，以获得理想的结构与相应的优良性能，从而满足耐磨耐蚀的实用需求。本发明中磷化硼耐磨耐蚀涂层的制备方法是按下述步骤进行的步骤一、将不锈钢衬底依次用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗；步骤二、将步骤一处理后的不锈钢衬底置于磁控溅射真空仓内的加热台上，然后对真空仓进行抽真空至真空度达到1. OXlO-7 9. 9X 10_7Pa，启动加热装置，加热至200 600°C后保温10 30分钟；步骤三、然后向真空仓内通入氩气至真空仓内压强为3 5Pa，对不锈钢衬底表面进行反溅清洗3 5分钟；步骤四、再施加溅射功率启辉，溅射功率为120 160W，调节氩气的气体流量为 50 lOOsccm，PH3的气体流量为3 50sCCm，高纯硼作溅射靶材，移开挡板向不锈钢衬底表面镀膜，镀膜结束后，关闭所有电源，待真空仓内温度降至室温时即制得磷化硼耐磨耐蚀涂层。本发明制备的磷化硼薄膜具有很高的硬度(硬度在^GPa以上)与模量(在 260GPa以上)，与基底良好的附着性以及很低的残余应力(仅为SOOGPa)，在摩擦磨损过程中磨损率小，磨损寿命长，能对基底起到很好的保护作用；本发明方法制备的磷化硼薄膜具有均勻致密(表面粗糙度仅为2nm)的结构，能有效抵御腐蚀粒子的侵蚀，显著提高了基底的耐腐蚀性能。适于船舰上螺旋推进器、轴和潜艇密封件等不锈钢部件防止被海水腐蚀。
图1为磷化硼涂层经过附着力测试、中度摩擦和重度摩擦测试后的光学显微照片；图2是不锈钢基底沉积磷化硼薄膜前后的Tafel曲线图，图中1表示不锈钢基底的 Tafel曲线，2表示不锈钢基底表面上沉积磷化硼薄膜的Tafel曲线。
具体实施例方式本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式
，还包括各具体实施方式
间的任意组合。
具体实施方式
一本实施方式中磷化硼耐磨耐蚀涂层的制备方法是按下述步骤进行的步骤一、将不锈钢衬底依次用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗；步骤二、将步骤一处理后的不锈钢衬底置于磁控溅射真空仓内的加热台上，然后对真空仓进行抽真空至真空度达到1. OXlO-7 9. 9X 10_7Pa，启动加热装置，加热至200 600°C后保温10 30分钟；步骤三、然后向真空仓内通入氩气至真空仓内压强为3 5Pa，对不锈钢衬底表面进行反溅清洗3 5分钟；步骤四、再施加溅射功率启辉，溅射功率为120 160W，调节氩气的气体流量为 50 100sCCm，PH3的气体流量为3 50sCCm，高纯硼(彡99. 99% )作溅射靶材，移开挡板向不锈钢衬底表面镀膜，镀膜结束后，关闭所有电源，待真空仓内温度降至室温时即制得磷化硼耐磨耐蚀涂层。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤二所述加热温度为550°C。其它步骤和参数与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤四的溅射功率为 140W。其它步骤和参数与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一至三之一不同的是步骤四所述 PH3的气体流量为10 40sCCm。其它步骤和参数与具体实施方式
一至三之一相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一至三之一不同的是步骤四所述 PH3的气体流量为20sCCm。其它步骤和参数与具体实施方式
一至三之一相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一至三之一不同的是步骤四所述 PH3的气体流量为30sCCm。其它步骤和参数与具体实施方式
一至三之一相同。
具体实施方式
七本实施方式中磷化硼耐磨耐蚀涂层的制备方法是按下述步骤进行的步骤一、将不锈钢衬底依次用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗，每次清洗15分钟；步骤二、将步骤一处理后的不锈钢衬底置于磁控溅射真空仓内的加热台上，然后对真空仓进行抽真空至真空度达到7. OX 10_4Pa，启动加热装置，加热至600°C后保温10分钟；步骤三、然后向真空仓内通入氩气至真空仓内压强为3Pa，对不锈钢衬底表面进行反溅清洗5分钟；步骤四、再施加溅射功率启辉，溅射功率为140W，调节氩气的气体流量为50sCCm，PH3的气体流量为6sCCm，高纯硼(质量纯度为99. 99% )作溅射靶材，移开挡板向不锈钢衬底表面镀膜30min，镀膜结束后，关闭所有电源，待真空仓内温度降至室温时即制得磷化硼耐磨耐蚀涂层。本方法制备涂层的厚度为30nm，表面粗糙度仅为2nm，硬度为^GPa，杨氏模量为 260GPa，残余应力仅为SOOGPa。摩擦磨损过程中以载荷为200g的碳化硅陶瓷球作摩擦副， 在此条件下的磨损率为8. 95X 10-1(1讓7_。本实施方式按照国家标准GJB-2485-95和美军标MIL-48616的光学薄膜测试通用规范与要求(见表1)，采用胶带剥离法和摩擦法对磷化硼薄膜的附着性能进行定性的评价，分别对薄膜采取附着力测试、中度摩擦和重度摩擦测试。待测试结束后，利用激光共聚焦显微镜对薄膜表面的损坏情况进行观察(见图1)。结果发现所有薄膜均未破坏，膜层表面光滑，无脱落现象。表明薄膜满足标准要求，与基底具有较好的附着性。表1光学薄膜耐环境评测实验标准
实验项目实验描述附着力用2cm宽剥离强度不小于2.74N/cm的胶带牢牢粘在薄膜表面上，垂直迅速拉起中度摩擦用压力为4.9N的外裹脱脂棉的橡皮摩擦头摩擦25个来回重度摩擦用压力为9.8N的外裹脱脂棉的橡皮摩擦头摩擦20个来回 由图2可知，沉积了磷化硼薄膜后具有更高的腐蚀电位和更小的腐蚀电流密度， 降低了腐蚀发生的可能性以及腐蚀的速率，因此磷化硼薄膜可以显著提高不锈钢抵抗盐溶液腐蚀的能力。
权利要求
1.磷化硼耐磨耐蚀涂层的制备方法，其特征在于磷化硼耐磨耐蚀涂层的制备方法是按下述步骤进行的步骤一、将不锈钢衬底依次用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗；步骤二、将步骤一处理后的不锈钢衬底置于磁控溅射真空仓内的加热台上，然后对真空仓进行抽真空至真空度达到1. OX 10_7 9. 9X 10_7Pa，启动加热装置，加热至200 600°C后保温10 30分钟；步骤三、然后向真空仓内通入氩气至真空仓内压强为3 5Pa，对不锈钢衬底表面进行反溅清洗3 5分钟；步骤四、再施加溅射功率启辉，溅射功率为120 160W，调节氩气的气体流量为50 100sccm,PH3的气体流量为3 50sCCm，高纯硼作溅射靶材，移开挡板向不锈钢衬底表面镀膜，镀膜结束后，关闭所有电源，待真空仓内温度降至室温时即制得磷化硼耐磨耐蚀涂层。
2.根据权利要求1所述的磷化硼耐磨耐蚀涂层的制备方法，其特征在于步骤二所述加热温度为550°C。
3.根据权利要求1所述的磷化硼耐磨耐蚀涂层的制备方法，其特征在于步骤四的溅射功率为140W。
4.根据权利要求1、2或3所述的磷化硼耐磨耐蚀涂层的制备方法，其特征在于步骤四所述PH3的气体流量为10 40sccm。
5.根据权利要求1、2或3所述的磷化硼耐磨耐蚀涂层的制备方法，其特征在于步骤四所述PH3的气体流量为20sCCm。
6.根据权利要求1、2或3所述的磷化硼耐磨耐蚀涂层的制备方法，其特征在于步骤四所述PH3的气体流量为30sCCm。
全文摘要
磷化硼耐磨耐蚀涂层的制备方法，它属于耐磨耐蚀涂层领域。本发明要解决现有磷化硼薄膜制备方法存在寿命短的技术问题。本发明方法一、超声清洗；二、将步骤一处理后的不锈钢衬底置于磁控溅射真空仓内的加热台上，然后对真空仓进行抽真空至真空度达到1.0×10-7～9.9×10-7Pa，启动加热装置，加热至200～600℃后保温10～30分钟；步骤三、反溅清洗；步骤四、以高纯硼靶和PH3做反应物镀膜，制得磷化硼耐磨耐蚀涂层。本发明制备的磷化硼薄膜具有很高的硬度与模量，与基底良好的附着性以及很低的残余应力，在摩擦磨损过程中磨损率小，磨损寿命长。
文档编号C23C14/35GK102251214SQ20111018513
公开日2011年11月23日 申请日期2011年7月4日 优先权日2011年7月4日
发明者朱嘉琦, 沈伟霞, 王家智, 贾泽纯, 韩杰才 申请人:哈尔滨工业大学