專利名稱：磷化硼耐磨耐蝕涂層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于耐磨耐蝕涂層領(lǐng)域；具體涉及磷化硼耐磨耐蝕涂層的制備方法。
背景技術(shù)：
船艦的螺旋推進(jìn)器、軸和潛艇密封件等部件不僅要求有優(yōu)異的力學(xué)性能，以降低運行中產(chǎn)生的磨損；更重要的是能在航海環(huán)境中抵御海水的腐蝕。但是海水中大量存在的氯離子對不銹鋼具有很強的破壞性，氯離子能優(yōu)先選擇吸附在不銹鋼的鈍化膜上，與鈍化膜中的陽離子結(jié)合成可溶性物質(zhì)，從而對不銹鋼造成破壞性的腐蝕。因此，在不銹鋼基底上沉積耐磨耐蝕涂層是解決此問題的可行方法。磷化硼薄膜憑借其高硬度、高模量以及化學(xué)穩(wěn)定性，顯現(xiàn)出優(yōu)異的耐磨耐蝕性能，能成為艦船上不銹鋼部件表面保護(hù)涂層的優(yōu)選材料。目前常用的熱分解和PECVD等制備方法，往往出現(xiàn)沉積溫度高、表面缺陷多以及氣路復(fù)雜不安全等問題。沉積溫度對薄膜的結(jié)晶質(zhì)量有影響，過高的溫度會產(chǎn)生立方BP至斜六方 B12P2的相變，使薄膜的力學(xué)性能下降；表面缺陷的增加會加快其腐蝕速率、影響其磨損壽命；而氣路的復(fù)雜不安全性也不利于實際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決現(xiàn)有磷化硼薄膜制備方法存在壽命短的技術(shù)問題；而提供了磷化硼耐磨耐蝕涂層的制備方法。能滿足精確控制成分、均勻致密且缺陷少以及高沉積速率等要求的磷化硼薄膜，以獲得理想的結(jié)構(gòu)與相應(yīng)的優(yōu)良性能，從而滿足耐磨耐蝕的實用需求。本發(fā)明中磷化硼耐磨耐蝕涂層的制備方法是按下述步驟進(jìn)行的步驟一、將不銹鋼襯底依次用丙酮、乙醇和去離子水超聲清洗；步驟二、將步驟一處理后的不銹鋼襯底置于磁控濺射真空倉內(nèi)的加熱臺上，然后對真空倉進(jìn)行抽真空至真空度達(dá)到1. OXlO-7 9. 9X 10_7Pa，啟動加熱裝置，加熱至200 600°C后保溫10 30分鐘；步驟三、然后向真空倉內(nèi)通入氬氣至真空倉內(nèi)壓強為3 5Pa，對不銹鋼襯底表面進(jìn)行反濺清洗3 5分鐘；步驟四、再施加濺射功率啟輝，濺射功率為120 160W，調(diào)節(jié)氬氣的氣體流量為 50 lOOsccm，PH3的氣體流量為3 50sCCm，高純硼作濺射靶材，移開擋板向不銹鋼襯底表面鍍膜，鍍膜結(jié)束后，關(guān)閉所有電源，待真空倉內(nèi)溫度降至室溫時即制得磷化硼耐磨耐蝕涂層。本發(fā)明制備的磷化硼薄膜具有很高的硬度(硬度在^GPa以上)與模量(在 260GPa以上)，與基底良好的附著性以及很低的殘余應(yīng)力(僅為SOOGPa)，在摩擦磨損過程中磨損率小，磨損壽命長，能對基底起到很好的保護(hù)作用；本發(fā)明方法制備的磷化硼薄膜具有均勻致密(表面粗糙度僅為2nm)的結(jié)構(gòu)，能有效抵御腐蝕粒子的侵蝕，顯著提高了基底的耐腐蝕性能。適于船艦上螺旋推進(jìn)器、軸和潛艇密封件等不銹鋼部件防止被海水腐蝕。


圖1為磷化硼涂層經(jīng)過附著力測試、中度摩擦和重度摩擦測試后的光學(xué)顯微照片；圖2是不銹鋼基底沉積磷化硼薄膜前后的Tafel曲線圖，圖中1表示不銹鋼基底的 Tafel曲線，2表示不銹鋼基底表面上沉積磷化硼薄膜的Tafel曲線。
具體實施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的任意組合。
具體實施方式
一本實施方式中磷化硼耐磨耐蝕涂層的制備方法是按下述步驟進(jìn)行的步驟一、將不銹鋼襯底依次用丙酮、乙醇和去離子水超聲清洗；步驟二、將步驟一處理后的不銹鋼襯底置于磁控濺射真空倉內(nèi)的加熱臺上，然后對真空倉進(jìn)行抽真空至真空度達(dá)到1. OXlO-7 9. 9X 10_7Pa，啟動加熱裝置，加熱至200 600°C后保溫10 30分鐘；步驟三、然后向真空倉內(nèi)通入氬氣至真空倉內(nèi)壓強為3 5Pa，對不銹鋼襯底表面進(jìn)行反濺清洗3 5分鐘；步驟四、再施加濺射功率啟輝，濺射功率為120 160W，調(diào)節(jié)氬氣的氣體流量為 50 100sCCm，PH3的氣體流量為3 50sCCm，高純硼(彡99. 99% )作濺射靶材，移開擋板向不銹鋼襯底表面鍍膜，鍍膜結(jié)束后，關(guān)閉所有電源，待真空倉內(nèi)溫度降至室溫時即制得磷化硼耐磨耐蝕涂層。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二所述加熱溫度為550°C。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟四的濺射功率為 140W。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同的是步驟四所述 PH3的氣體流量為10 40sCCm。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一至三之一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同的是步驟四所述 PH3的氣體流量為20sCCm。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一至三之一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同的是步驟四所述 PH3的氣體流量為30sCCm。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一至三之一相同。
具體實施方式
七本實施方式中磷化硼耐磨耐蝕涂層的制備方法是按下述步驟進(jìn)行的步驟一、將不銹鋼襯底依次用丙酮、乙醇和去離子水超聲清洗，每次清洗15分鐘；步驟二、將步驟一處理后的不銹鋼襯底置于磁控濺射真空倉內(nèi)的加熱臺上，然后對真空倉進(jìn)行抽真空至真空度達(dá)到7. OX 10_4Pa，啟動加熱裝置，加熱至600°C后保溫10分鐘；步驟三、然后向真空倉內(nèi)通入氬氣至真空倉內(nèi)壓強為3Pa，對不銹鋼襯底表面進(jìn)行反濺清洗5分鐘；步驟四、再施加濺射功率啟輝，濺射功率為140W，調(diào)節(jié)氬氣的氣體流量為50sCCm，PH3的氣體流量為6sCCm，高純硼(質(zhì)量純度為99. 99% )作濺射靶材，移開擋板向不銹鋼襯底表面鍍膜30min，鍍膜結(jié)束后，關(guān)閉所有電源，待真空倉內(nèi)溫度降至室溫時即制得磷化硼耐磨耐蝕涂層。本方法制備涂層的厚度為30nm，表面粗糙度僅為2nm，硬度為^GPa，楊氏模量為 260GPa，殘余應(yīng)力僅為SOOGPa。摩擦磨損過程中以載荷為200g的碳化硅陶瓷球作摩擦副， 在此條件下的磨損率為8. 95X 10-1(1讓7_。本實施方式按照國家標(biāo)準(zhǔn)GJB-2485-95和美軍標(biāo)MIL-48616的光學(xué)薄膜測試通用規(guī)范與要求(見表1)，采用膠帶剝離法和摩擦法對磷化硼薄膜的附著性能進(jìn)行定性的評價，分別對薄膜采取附著力測試、中度摩擦和重度摩擦測試。待測試結(jié)束后，利用激光共聚焦顯微鏡對薄膜表面的損壞情況進(jìn)行觀察(見圖1)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)所有薄膜均未破壞，膜層表面光滑，無脫落現(xiàn)象。表明薄膜滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，與基底具有較好的附著性。表1光學(xué)薄膜耐環(huán)境評測實驗標(biāo)準(zhǔn)
實驗項目實驗描述附著力用2cm寬剝離強度不小于2.74N/cm的膠帶牢牢粘在薄膜表面上，垂直迅速拉起中度摩擦用壓力為4.9N的外裹脫脂棉的橡皮摩擦頭摩擦25個來回重度摩擦用壓力為9.8N的外裹脫脂棉的橡皮摩擦頭摩擦20個來回 由圖2可知，沉積了磷化硼薄膜后具有更高的腐蝕電位和更小的腐蝕電流密度， 降低了腐蝕發(fā)生的可能性以及腐蝕的速率，因此磷化硼薄膜可以顯著提高不銹鋼抵抗鹽溶液腐蝕的能力。
權(quán)利要求
1.磷化硼耐磨耐蝕涂層的制備方法，其特征在于磷化硼耐磨耐蝕涂層的制備方法是按下述步驟進(jìn)行的步驟一、將不銹鋼襯底依次用丙酮、乙醇和去離子水超聲清洗；步驟二、將步驟一處理后的不銹鋼襯底置于磁控濺射真空倉內(nèi)的加熱臺上，然后對真空倉進(jìn)行抽真空至真空度達(dá)到1. OX 10_7 9. 9X 10_7Pa，啟動加熱裝置，加熱至200 600°C后保溫10 30分鐘；步驟三、然后向真空倉內(nèi)通入氬氣至真空倉內(nèi)壓強為3 5Pa，對不銹鋼襯底表面進(jìn)行反濺清洗3 5分鐘；步驟四、再施加濺射功率啟輝，濺射功率為120 160W，調(diào)節(jié)氬氣的氣體流量為50 100sccm,PH3的氣體流量為3 50sCCm，高純硼作濺射靶材，移開擋板向不銹鋼襯底表面鍍膜，鍍膜結(jié)束后，關(guān)閉所有電源，待真空倉內(nèi)溫度降至室溫時即制得磷化硼耐磨耐蝕涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷化硼耐磨耐蝕涂層的制備方法，其特征在于步驟二所述加熱溫度為550°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷化硼耐磨耐蝕涂層的制備方法，其特征在于步驟四的濺射功率為140W。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的磷化硼耐磨耐蝕涂層的制備方法，其特征在于步驟四所述PH3的氣體流量為10 40sccm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的磷化硼耐磨耐蝕涂層的制備方法，其特征在于步驟四所述PH3的氣體流量為20sCCm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的磷化硼耐磨耐蝕涂層的制備方法，其特征在于步驟四所述PH3的氣體流量為30sCCm。
全文摘要
磷化硼耐磨耐蝕涂層的制備方法，它屬于耐磨耐蝕涂層領(lǐng)域。本發(fā)明要解決現(xiàn)有磷化硼薄膜制備方法存在壽命短的技術(shù)問題。本發(fā)明方法一、超聲清洗；二、將步驟一處理后的不銹鋼襯底置于磁控濺射真空倉內(nèi)的加熱臺上，然后對真空倉進(jìn)行抽真空至真空度達(dá)到1.0×10-7～9.9×10-7Pa，啟動加熱裝置，加熱至200～600℃后保溫10～30分鐘；步驟三、反濺清洗；步驟四、以高純硼靶和PH3做反應(yīng)物鍍膜，制得磷化硼耐磨耐蝕涂層。本發(fā)明制備的磷化硼薄膜具有很高的硬度與模量，與基底良好的附著性以及很低的殘余應(yīng)力，在摩擦磨損過程中磨損率小，磨損壽命長。
文檔編號C23C14/35GK102251214SQ20111018513
公開日2011年11月23日 申請日期2011年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月4日
發(fā)明者朱嘉琦, 沈偉霞, 王家智, 賈澤純, 韓杰才 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)