本发明专利技术公开了一种抗海水腐蚀多层复合结构的AlCrSiN薄膜及其制备方法，包括由下至上依次沉积在基体表面的Cr界面打底层、CrN过渡层、AlCrN粘结层和AlCrSiN工作层；所述AlCrN粘结层为CrN和AlCrN的调制纳米多层渐变结构，调制周期为5～6nm；所述AlCrSiN工作层为外延生长的超晶格结构，调制周期为1～2nm；将带有AlCrSiN薄膜的基体退火处理，薄膜物相由原先CrN/(Cr，Al)N相转变成Cr2N、hcp-AlN、AlCr2相。薄膜在退火后具有超过53N的膜基结合力，在3.5％NaCl模拟海水溶液中薄膜腐蚀电位为0.045V，自腐蚀电流为8.805×10-10A.cm-2；相比基体，腐蚀电位提高0.401V，薄膜对基体的保护效率提高了97.50％。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，包括由下至上依次沉积在基体表面的Cr界面打底层、CrN过渡层、AlCrN粘结层和AlCrSiN工作层；所述AlCrN粘结层为CrN和AlCrN的调制纳米多层渐变结构，调制周期为5～6nm；所述AlCrSiN工作层为外延生长的超晶格结构，调制周期为1～2nm；将带有AlCrSiN薄膜的基体退火处理，薄膜物相由原先CrN/(Cr，Al)N相转变成Cr2N、hcp-AlN、AlCr2相。薄膜在退火后具有超过53N的膜基结合力，在3.5％NaCl模拟海水溶液中薄膜腐蚀电位为0.045V，自腐蚀电流为8.805×10-10A.cm-2；相比基体，腐蚀电位提高0.401V，薄膜对基体的保护效率提高了97.50％。【专利说明】一种抗海水腐蚀多层复合结构的AlCrSiN薄膜及其制备方 法
本专利技术涉及一种抗海水腐蚀的薄膜及其制备方法，尤其涉及的是一种抗海水腐蚀 多层复合结构的AlCrSiN薄膜及其制备方法。
技术介绍
在各种工业中使用最广泛的材料仍是钢铁材料，海边地区由于高浓度的盐含量常 常面临着严重的腐蚀问题；当海浪相互撞击和拍击海岸所产生的大量海水泡沫被气流刮起 时，带有部分氯化物（包括氯化钠，氯化钙和氯化镁等）的悬浮液滴漂浮在空中，随风飘落 在各种建筑，金属设备及零件上，而这些海水或者悬浮液滴中含有大量的氯离子。在潮湿和 有水的条件下，氯化物易吸附在金属表面形成液膜，氯离子具有很小的水合能，容易被吸附 在金属表面，同时氯离子的离子半径小（只有1. 81XKT1%)，具有很强的穿透本领，容易穿 透金属表面的氧化层，进入金属内部，结果使氯离子排挤并取代氧化物中的氧而在吸附点 上形成可溶性的氯化物，并导致保护膜的这些区域出现小孔，破坏了金属的钝性，加速了金 属腐蚀；氯离子对金属的腐蚀是以电化学方式进行的，形成易溶于水的金属腐蚀物（Me代 表金属），同时所形成的液膜中溶解有比同体积的海水多得多的氧，而氧能引起金属表面阴 极去极化过程，从而阻止由于腐蚀物的产生而使腐蚀速度下降的趋势，促使阳极腐蚀继续 进行下去。 为了对沿海金属件产品进行防护，更多的是采用金属镀膜方法。大连理工大学吴 博等采用多弧离子镀技术在不锈钢表面制备CrN单层、Cr/CrN双层和Cr/CrN/Cr三明治结 构的三种Cr-N薄膜，结果发现，Cr/CrN/Cr三明治结构能使不锈钢在模拟海水中的抗腐蚀 性能提高一个数量级；沈阳工业大学宋贵宏等通过在7075A1合金上制备Ti/TiN多层膜来 减少薄膜针孔等缺陷，从而使基体的抗腐蚀能力得到改善；由此可见，在基体上制备多层薄 膜是提高其抗腐蚀性能的有效手段。 物理气相沉积（PVD)技术是制备各类薄膜的主要技术之一，主要包括磁控溅射和 阴极弧电弧离子镀。电弧离子镀具有离化率高、适合工业化大面积生产的优点，在负偏压加 速下，沉积膜层结合力好，组织致密，沉积速率高，目前已被广泛用于硬质耐磨和高温防护 薄膜。利用PVD技术制备的过渡族金属氮化物如TiN、CrN、TiSiN等具有较高的硬度、高热 导率和较好的化学稳定性，广泛应用于刀具、模具和各种减磨抗磨部件及装饰。因此，越来 越多的研究者们利用PVD技术在不锈钢基体上制备薄膜，通过控制薄膜结构、成分、致密度 等来阻止腐蚀介质与基体的接触，从而进一步提高不锈钢表面的抗腐蚀性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种抗海水腐蚀多层复合结构的 AlCrSiN薄膜及其制备方法，具有较高的膜基结合强度和优越的抗腐蚀能力。 本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括由下至上依次沉积在基体表面的 Cr界面打底层、CrN过渡层、AlCrN粘结层和AlCrSiN工作层；所述AlCrN粘结层为CrN和AlCrN的调制纳米多层渐变结构，调制周期为5?6nm;所述AlCrSiN工作层为外延生长的 超晶格结构，调制周期为1?2nm;将带有AlCrSiN薄膜的基体退火处理，薄膜物相由原先 CrN和 / 或（Cr，A1)N相转变成Cr2N、hcp-AlN、AlCr2 相。 所述Cr界面打底层厚度为8?10nm，CrN过渡层厚度为45?55nm，AlCrN粘结层 厚度为50?60nm，AlCrSiN工作层厚度为2. 8?3. 1iim。 所述AlCrSiN工作层中，按原子数百分比计，包括A135?48%，Cr6?16%，Si 3?10%，N27?39%，其他合金元素0.5?1.8%。 当Cr和N原子含量在此区间时，薄膜中较易形成CrN相，退火后随着CrN相发生 调幅分解，形成Cr2N相和A1N陶瓷相，有利于薄膜抗腐蚀性能的进一步提高。 所述合金元素选自Fe、H、C、0、Y中的一种或多种。加入适当的合金元素可以提高 薄膜抗腐蚀性能。 一种抗海水腐蚀多层复合结构的AlCrSiN薄膜的制备方法，包括以下步骤： (1)将基体放入丙酮酒精中，用超声波清洗后放入基片架，再对基体表面进行辉光 清洗； (2)打开金属Cr靶，沉积Cr界面打底层，然后打开N2气开关，在Cr界面打底层上 沉积CrN过渡层； (3)开启金属Cr靶和AlCr合金祀，打开N2气开关，在CrN过渡层上沉积AlCrN粘 结层； (4)关闭金属Cr靶，打开N2气开关，开启AlCr合金靶和AlCrSi合金靶在AlCrN 粘结层上沉积AlCrSiN工作层； (5)将制备的带有AlCrSiN薄膜的基材放入真空退火炉中，加热到700?900°C 后，随炉冷却。 所述步骤⑴中，辉光清洗的条件为：当真空室的本底真空度为1X1CT4? 1X10_2Pa时，通入Ar气并控制流量在80?lOOsccm，气压为1X10_2?2X1〇-中&，基片温 度300?500°C，负偏压800?1200V，轰击时间5?30min。 所述步骤（2)中，辉光清洗后，真空调节为0. 1?2Pa，打开转架和电弧离子镀金 属Cr靶，对基体轰击5?20min，偏压保持在-300?-1000V，获得Cr界面打底层，厚度为 8?10nm，在轰击完毕后，偏压降到-30?-200V，通入N2，控制气压在0. 2?1. 5Pa，保持基 体温度300?500°C，脉冲偏压-20?-300V，占空比10?80%，电弧电压10?40V，电弧 电流50?100A，开始沉积CrN过渡层，沉积10?60min，厚度为45?55nm。 所述步骤⑶中，CrN过渡层沉积结束后，开启金属Cr靶和AlCr合金祀，控制电 弧电压10?40V，电弧电流50?100A，调节控制N2气通入，气体流量为800sccm，真空度为 1?3Pa，负偏压50?100V，占空比10?80%，衬底温度300?500°C，基片转速2?5rpm， 制备AlCrN粘结层，沉积时间40?80min，厚度为50?60nm。 所述步骤⑷中，开启AlCr和AlCrSi合金祀，控制电弧电压10?40V，电弧电流 60?80A，调节控制N2气通入，气体流量为900sccm，真空度为2?3Pa，负偏压80?150V， 衬底温度300?500°C，基片转速2?5rpm，沉积时间80?120min本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种抗海水腐蚀多层复合结构的AlCrSiN薄膜，其特征在于，包括由下至上依次沉积在基体表面的Cr界面打底层、CrN过渡层、AlCrN粘结层和AlCrSiN工作层；所述AlCrN粘结层为CrN和AlCrN的调制纳米多层渐变结构，调制周期为5～6nm；所述AlCrSiN工作层为外延生长的超晶格结构，调制周期为1～2nm；将带有AlCrSiN薄膜的基体退火处理，薄膜物相由原先CrN和/或(Cr，Al)N相转变成Cr2N、hcp‑AlN、AlCr2相。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张世宏，吴东青，陈汪林，方炜，权植哲，
申请(专利权)人：马鞍山多晶金属材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34
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