一种采用磁控溅射及真空热处理制备耐酸碱纳米哈氏合金涂层的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于纳米合金涂层的制备领域，特别设及一种采用磁控瓣射及真空热处理 制备耐酸碱纳米哈氏合金涂层的方法。
【背景技术】
[0002] 磁控瓣射锻膜技术是指在真空室中，利用用带有几十电子伏W上动能的高能粒子 轰击材料表面，通过粒子动量的传递打出祀材中的粒子，将材料激发为气态，最终使其沉积 在基体上形成薄膜的技术。由于瓣射锻膜的粒子往具有极高的能量，物质是W高能态微粒 的形式沉积在基片上，运就使得瓣射沉积所得薄膜最突出的特点是膜的密度极高且膜基结 合力极强。但磁控瓣射由于存在"高能低溫"的特点，涂层中晶体普遍W柱状晶的形式存在， 运样造成涂层晶粒粗大，使其耐腐蚀性能造成较大影响。磁控瓣射纳米涂层的制备不同于 其他涂层制备工艺，其并非是纳米粉体原料直接制备，而是在制备过程中控制其瓣射工艺 及涂层晶体的成核过程，目前磁控瓣射技术纳米薄膜的获得主要通过两种途径：（1)在非 晶薄膜晶化的过程中控制纳米结构的形成；（2)在薄膜的成核生长过程中控制纳米结构的 形成，其中薄膜沉积条件的控制极为重要。
[0003] 纳米晶由于其晶体半径小，摆列整齐致密，晶隙较小，其晶体性能远远优于柱状 晶。尤其是纳米晶可更好的阻碍耐蚀介质穿透，其耐腐蚀性能远远优于柱状晶涂层。
[0004] C-276哈氏合金由于是一种耐酸碱性能很强的合金，但由于其加入贵金属元素，审U 备成本较高，在使用上只能用于高尖端领域，而在普通工器件的使用少还较少，所WC-276 哈氏合金的强耐酸碱性能的应用由于其块材的高成本因素而受到极大的影响。
【发明内容】
阳0化]本发明所要解决的技术问题是提供一种采用磁控瓣射及真空热处理制备耐酸碱 纳米哈氏合金涂层的方法，本发明方法工艺简单，效果明显，对环境无污染，且本发明结合 磁控瓣射纳米C-276哈氏合金涂层的制备方法，可制备加工出耐酸碱腐蚀性能级高的涂 层。
[0006] 本发明的一种采用磁控瓣射及真空热处理制备耐酸碱纳米哈氏合金涂层的方法， 包括：
[0007] (1)磁控瓣射制备纳米C-276哈氏合金涂层；
[0008] (2)将上述制备的纳米C-276哈氏合金涂层进行超声清洗，主要目的是清除样品 表面的有机物，防止样品在真空热处理是产生渗碳现象，然后进行真空热处理，冷却处理， 即得耐酸碱纳米哈氏合金涂层；其中热处理为：升溫至860-980°C，并保溫10-30min。所述 步骤（1)中磁控瓣射制备纳米C-276哈氏合金涂层具体为：将C-276哈氏合金作为祀材， 同时将Q235低碳钢作为基片置于基片架上，采用磁控瓣射沉积，在低碳钢表面沉积一层哈 氏合金涂层；其中磁控瓣射沉积过程中工作气压为0. 1-0. 18Pa，的流速为20-24mL/min， 祀材由中频脉冲电源控制，固定功率为350-400W，频率为80-100曲z;沉积过程中，基片施 加-90V的中频脉冲偏压，基片溫度控制为260-300°C，沉积时间为1-化。低碳钢为经超声 清洗，并用氮气吹净。
[0009] 基片到祀材的距离为7-10畑1，磁控瓣射沉积前背底真空优于8X10中日。（在此真 空条件下所锻薄膜杂质较少）
[0010] 磁控瓣射沉积前进行10-20min的预瓣射来清理祀表面。
[0011] 磁控瓣射沉积过程中，样品台的转速为12-18r/min。 阳01引所述步骤似中超声清洗为在乙醇溶液中超声清洗。
[0013] 所述步骤（2)中真空热处理为：置于刚玉相蜗并放置于高溫真空双管炉内几何中 屯、部位进行热处理。
[0014] 所述步骤似中升溫的升溫速率为6-10°C/min。
[001引所述步骤似中冷却处理具体为：进行高氨气流强吹冷却处理，溫度降至 300-350°C后关闭氨气，然后随炉冷却。
[0016] 利用磁控瓣射技术制备C-276哈氏合金纳米涂层，通过调整磁控瓣射工艺及相关 参数，涂层晶粒呈现出均匀致密的纳米晶粒，改变了传统磁控瓣射涂层粗大柱状金的内部 结构，有效提高了涂层的耐腐蚀性能，该涂层在一定范围内可代替哈氏块材合金，运是将哈 氏合金推广扩大化生产使用有效途径，也是磁控瓣射纳米涂层制备技术的一项突破。
[0017] 但是在高倍率显微镜下，磁控瓣射纳米C-276哈氏合金涂层仍然有微裂纹的存 在，其孔桐的尺寸在纳米尺度范围内，运种微裂纹的存在仍然会影响涂层的耐腐蚀性能，运 是因为在腐蚀介质中，尤其是在溶液中，腐蚀粒子的半径极小，有些粒子的半径也在纳米范 围之内，所W涂层中的运些微裂纹也可为腐蚀介质提供通道，使腐蚀介质穿透涂层而进入 涂层内部甚至达到基体，运样，在长时间的介质中浸泡时，腐蚀介质会进入到涂层内部对涂 层内部进行腐蚀，或穿过涂层直接对基体进行腐蚀，运势必会对涂层的耐腐蚀性能造成一 定的影响。
[0018] 纳米晶涂层的微裂纹主要存在于纳米晶体界面之间，晶粒之间的结合仍未达到非 常致密的程度，所W纳米晶体界面之间仍然存在微裂纹。
[0019] 纳米晶粒由于其小尺度效应及高能效应，在受热后会快速长大，长大倍数一般为 1-5倍，本发明正是利用纳米晶粒的运种特性，将纳米涂层整体置于真空炉中进行热处理， 使纳米颗粒在高溫下快速长大，从而使纳米晶粒之间结合更加紧密，从而有效减少涂层的 微裂纹。
[0020] 有益效果
[0021] (1)本发明利用纳米晶粒小尺寸效应及高能效应的特性，将磁控瓣射纳米C-276 哈氏合金涂层在高溫下真空热处理，利用纳米晶粒的长大现象减少涂层中的微裂纹，从而 有效提局涂层的耐酸碱腐蚀性能；
[0022] (2)本发明利用高气流氨气强制吹冷的办法对样品进行冷却处理，使样品在真空 状态下快速冷却，运是防止由于高溫下样品中溢出的少量水分及气体再次进入涂层内部， 防止涂层中出现气孔；
[0023] (3)本发明工艺简单，效果明显，对环境无污染，且本发明结合磁控瓣射纳米 C-276哈氏合金涂层的制备方法，可制备加工出耐酸碱腐蚀性能级高的涂层，故本发明可工 业化大规模生产。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，运些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人 员可W对本发明作各种改动或修改，运些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。 阳〇2引 实施例1 阳0%] 将市售C-276哈氏合金作为祀材，将Q235低碳钢经过丙酬、乙醇和去离子水超声 清洗，并用高压氮气吹净后放入沉积室内的基片架上。基片到祀材的距离约为7cm。沉积前 背底真空优于8X10中日，沉积过程中工作气压为0.IPa，N2流速为20血/min(标准状态）。 C-276哈氏合金祀由中频脉冲电源控制，固定功率为350W，频率为80曲Z，为了提高样品的 均匀性，样品台转速为14r/min。为了提高膜层质量，瓣射前需进行20min的预瓣射来清理 祀表面。沉积过程中，基片施加-90V的中频脉冲偏压，基片溫度控制为260°C，沉积时间为 1. 5h，得到磁控瓣射纳米C-276哈氏合金涂层样品。
[0027] 将制备的磁控瓣射纳米C-276哈氏合金涂层样品在乙醇溶液中进行超声清洗，清 洗结束后将样品置于刚玉相蜗并放置于高溫真空双管炉内几何中屯、部位进行热处理，热处 理溫度为860°C，升溫速度为6°C/min,溫度达到指定溫度（指热处理溫度860°C)后进行 保溫处理，保溫时间为lOmin，保溫结束后开通氨气对样品进行高氨气流强吹冷却处理，溫 度降至30(TC后关闭氨气，使样品随炉冷却。 阳0測实施例2
[0029] 将市售C-276哈氏合金作为祀材，将Q235低碳钢经过丙酬、乙醇和去离子水超声 清洗，并用高压氮气吹净后放入沉积室内的基片架上。基片到祀材的距离约为7cm。沉积前 背底真空优于8X10中日，沉积过程中工作气压为0.IPa，N2流速为20血/min(标准状态）。 C-276哈氏合金祀由中频脉冲电源控制，固定功率为350W，频率为80曲Z，为了提高样品的 均匀性，样品台转速为14r/min。为了提高膜层质量，瓣射前需进行20min的预瓣射来清理 祀表面。沉积过程中，基片施加-90V的中频脉冲偏压，基片溫度控制为260°C，沉积时间为 1. 5h，得到磁控瓣射纳米C-276哈氏合