不锈钢复合材料及不锈钢复合材料的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种不锈钢复合材料及不锈钢复合材料的制备方法，所述制备方法包括：对不锈钢基体进行第一渗氮处理，使不锈钢基体表面形成渗氮层；对形成有渗氮层的不锈钢基体进行酸洗，之后清洗烘干；对经过酸洗处理后的不锈钢基体进行磁控溅射，以在渗氮层的表面形成WCrAlSiTiN涂层。本制备方法能够有效改善不锈钢的综合性能，通过渗氮层不仅可以提高不锈钢基体的耐腐蚀性和耐磨性，而且可以通过提高不锈钢基体的强度使不锈钢基体与WCrAlSiTiN涂层具有良好的硬度匹配性，提升涂层与不锈钢基体的结合强度，确保涂层有效性，通过沉积的WCrAlSiTiN涂层，能够使不锈钢硬度、耐磨性和耐腐蚀性得到进一步改善，延长不锈钢在海洋等高盐高湿度环境中的使用寿命。高盐高湿度环境中的使用寿命。高盐高湿度环境中的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
不锈钢复合材料及不锈钢复合材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及不锈钢加工
，特别涉及一种不锈钢复合材料及不锈钢复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]不锈钢因具有较高的强度和良好的力学性能而广泛应用于制备承受冲击载荷较多且兼具一定耐蚀性要求的零件，如大型轴流式压缩机叶片、汽轮机叶片，紧固件，阀体，轴泵套和轴承等。然而，不锈钢的耐磨性和耐腐蚀性相对较差，在海洋环境中极易发生腐蚀，不仅限制了其在石油化工船舶和海洋工程等领域的应用也严重影响其使用寿命。
[0003]对此，现有的解决手段为：在不锈钢上形成涂层。现有的涂层制备存在过程复杂、成本高、抗腐蚀性能和强度不佳、涂层极易失效等缺陷，不能完全满足不锈钢在海洋环境中的使用要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种不锈钢复合材料及不锈钢复合材料的制备方法，本专利技术提供的不锈钢复合材料具有较好的性能。
[0005]本申请提出了一种不锈钢复合材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
[0006]对不锈钢基体进行第一渗氮处理，使所述不锈钢基体表面形成渗氮层；
[0007]对形成有所述渗氮层的不锈钢基体进行酸洗，之后清洗烘干；
[0008]对经过酸洗处理后的不锈钢基体进行磁控溅射，以在所述渗氮层的表面形成WCrAlSiTiN涂层。
[0009]在本申请的一些实施例中，所述第一渗氮处理的渗氮温度为350℃～480℃；所述第一渗氮处理的渗氮气体为氨气。
[0010]在本申请的一些实施例中，所述对形成有所述渗氮层的不锈钢基体进行酸洗，之后清洗烘干，包括：
[0011]用酸性溶液对形成有所述渗氮层的不锈钢基体浸洗1min～2min，然后采用无水乙醇和/或丙酮进行超声清洗5min～10min，之后于100～150℃下烘干；
[0012]所述酸性溶液为硝酸和氢氟酸的混合溶液。
[0013]在本申请的一些实施例中，所述对经过酸洗处理后的不锈钢基体进行磁控溅射，以在所述渗氮层的表面形成WCrAlSiTiN涂层，包括：
[0014]沉积Cr层：开启Cr靶，在所述渗氮层上沉积所述Cr层，Cr靶电流为60A～90A，负偏压为500V～800V，沉积时间为1min～5min；
[0015]沉积CrN层：向溅射腔内通入氮气，同时开启Cr靶，Cr靶电流为60A～90A，负偏压为100V～200V，沉积时间为30min～90min；
[0016]沉积CrAlSiN层：继续向溅射腔内通入氮气，同时开启Cr靶和AlSi靶，Cr靶和AlSi靶电流均为70A～90A，负偏压为100V～200V，沉积时间为30min～90min；
[0017]沉积CrAlTiSiN层：继续向溅射腔内通入氮气，使用Cr靶、AlTiSi靶和AlTi靶在所述CrAlSiN层上沉积所述CrAlTiSiN层；
[0018]沉积CrWAlTiN层：继续向溅射腔内通入氮气，同时开启W靶、Cr靶和AlTi靶，各靶电流均为60A～90A，负偏压为200V～300V，沉积时间为60min～120min，其中所开启的Cr靶的数量大于W靶的数量；
[0019]沉积WCrAlTiN层：继续向溅射腔内通入氮气，同时开启W靶、Cr靶和AlTi靶，各靶电流均为60A～90A，负偏压为200V～300V，沉积时间为60min～120min，其中所开启的Cr靶的数量小于W靶的数量；
[0020]交替进行所述沉积CrWAlTiN层的步骤和所述沉积WCrAlTiN层的步骤预设次数。
[0021]在本申请的一些实施例中，所述沉积CrAlTiSiN层的步骤，具体包括：
[0022]步骤1：继续向溅射腔内通入氮气，同时开启Cr靶和AlTiSi靶沉积第一子层，Cr靶和AlTiSi靶电流均为30A～60A，负偏压为200V～300V，沉积时间为5min～10min；
[0023]步骤2：继续向溅射腔内通入氮气，同时开启Cr靶、AlTiSi靶和AlTi靶沉积第二子层，Cr靶电流为30A～60A，Al
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Ti
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Si靶电流为60A～80A，Al
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Ti靶电流为50A～70A，负偏压为200V～300V，沉积时间为0.1min～1min；
[0024]步骤3：在步骤2的基础上，将AlTi靶电流降低至20A～40A，其他各靶电流保持不变，于负偏压为200V～300V下沉积第三子层，沉积时间为0.1min～1min；
[0025]交替进行所述步骤2和所述步骤3预设次数；
[0026]步骤4：继续向溅射腔内通入氮气，同时开启Cr靶、Al
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Ti
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Si靶和Al
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Ti靶沉积第四子层，各靶电流均为70A～90A，负偏压为100V～200V，沉积时间为0.1min～1min；
[0027]步骤5：在步骤4的基础上，减少所开启的Cr靶的数量，各靶电流保持不变，于负偏压为100V～200V下沉积第五子层，沉积时间为0.1min～1min；
[0028]交替进行所述步骤4和所述步骤5预设次数；
[0029]步骤6：在步骤4的基础上，将沉积时间设为1min～2min，沉积第六子层；
[0030]步骤7：在步骤5的基础上，将沉积时间设为1min～2min，沉积第七子层。
[0031]在本申请的一些实施例中，所述制备Cr膜层的步骤中，在所述渗氮层上沉积所述Cr层之前，还包括：
[0032]向所述溅射腔中通入渗氮气体以对形成有所述渗氮层的不锈钢基体进行第二渗氮处理；
[0033]所述第二渗氮处理的渗氮温度为350℃～480℃；所述第二渗氮处理的渗氮气体为氨气；所述第二渗氮处理的渗氮时间为5min～10min
[0034]在本申请的一些实施例中，所述对不锈钢基体进行第一渗氮处理，使所述不锈钢基体的表面形成渗氮层的步骤之前，还包括：
[0035]对不锈钢基体依次进行切割、打磨、抛光和表面清洗处理。
[0036]在本申请的一些实施例中，所述不锈钢基体为马氏体不锈钢基体。
[0037]本申请还提出了一种不锈钢复合材料，包括：不锈钢基体；设置在所述不锈钢基体表面的渗氮层；以及设置在所述渗氮层远离所述不锈钢基体一侧的WCrAlSiTiN涂层。
[0038]在本申请的一些实施例中，所述WCrAlSiTiN涂层包括依次沉积在所述渗氮层上的Cr层、CrN层、CrAlSiN层、CrAlTiSiN层及交替层叠设置的CrWAlTiN层和WCrAlTiN层，其中，
所述CrWAlTiN层中Cr元素的含量大于W元素的含量，所述WCrAlTiN层中Cr元素的含量小于W元素的含量。
[0039]在本申请的一些实施例中，所述CrAlTiSiN层为多层结构，沿远离所述渗氮层的的方向，所述多层结构包括至少一个第一子层、M个周期交替层叠的第二子层和第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种不锈钢复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：对不锈钢基体进行第一渗氮处理，使所述不锈钢基体表面形成渗氮层；对形成有所述渗氮层的不锈钢基体进行酸洗，之后清洗烘干；对经过酸洗处理后的不锈钢基体进行磁控溅射，以在所述渗氮层的表面形成WCrAlSiTiN涂层。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一渗氮处理的渗氮温度为350℃～480℃；所述第一渗氮处理的渗氮气体为氨气。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述对形成有所述渗氮层的不锈钢基体进行酸洗，之后清洗烘干，包括：用酸性溶液对形成有所述渗氮层的不锈钢基体浸洗1min～2min，然后采用无水乙醇和/或丙酮进行超声清洗5min～10min，之后于100～150℃下烘干；所述酸性溶液为硝酸和氢氟酸的混合溶液。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述对经过酸洗处理后的不锈钢基体进行磁控溅射，以在所述渗氮层的表面形成WCrAlSiTiN涂层，包括：沉积Cr层：开启Cr靶，在所述渗氮层上沉积所述Cr层，Cr靶电流为60A～90A，负偏压为500V～800V，沉积时间为1min～5min；沉积CrN层：向溅射腔内通入氮气，同时开启Cr靶，Cr靶电流为60A～90A，负偏压为100V～200V，沉积时间为30min～90min；沉积CrAlSiN层：继续向溅射腔内通入氮气，同时开启Cr靶和AlSi靶，Cr靶和AlSi靶电流均为70A～90A，负偏压为100V～200V，沉积时间为30min～90min；沉积CrAlTiSiN层：继续向溅射腔内通入氮气，使用Cr靶、AlTiSi靶和AlTi靶在所述CrAlSiN层上沉积所述CrAlTiSiN层；沉积CrWAlTiN层：继续向溅射腔内通入氮气，同时开启W靶、Cr靶和AlTi靶，各靶电流均为60A～90A，负偏压为200V～300V，沉积时间为60min～120min，其中所开启的Cr靶的数量大于W靶的数量；沉积WCrAlTiN层：继续向溅射腔内通入氮气，同时开启W靶、Cr靶和AlTi靶，各靶电流均为60A～90A，负偏压为200V～300V，沉积时间为60min～120min，其中所开启的Cr靶的数量小于W靶的数量；交替进行所述沉积CrWAlTiN层的步骤和所述沉积WCrAlTiN层的步骤预设次数。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述沉积CrAlTiSiN层的步骤，具体包括：步骤1：继续向溅射腔内通入氮气，同时开启Cr靶和AlTiSi靶沉积第一子层，Cr靶和AlTiSi靶电流均为30A～60A，负偏压为200V～300V，沉积时间为5min～10min；步骤2：继续向溅射腔内通入氮气，同时开启Cr靶、AlTiSi靶和AlTi靶沉积第二子层，Cr靶电流为30A～60A，Al
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Ti
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【专利技术属性】
技术研发人员：李杨，常岩松，王兆勋，姜磊，林晏磊，曲建伟，卢金鹏，周泽龙，
申请(专利权)人：烟台大学烟台中集来福士海洋工程有限公司中国国际海运集装箱集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：