[发明专利]兼具耐蚀性和耐磨性的镁合金表面气相沉积防护涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高镁合金耐腐蚀性能和耐磨损性能的气相沉积防护涂层及其制备方法。

背景技术

镁合金具有质地轻、比强度高、减振性好、散热快、抗电磁干扰能力强、吸振性能好等优点，在交通、航空航天、机械，电子等领域的应用日益广泛。但是镁合金强度低和耐腐蚀性差的弱点极大影响了它的广泛使用。表面处理是改善镁合金耐磨损性和耐腐蚀性的一条主要途径。目前，电化学镀、阳极氧化等湿式化学方法是工业界采用的主要镁合金表面处理技术，但是这些方法对环境的污染较为严重，对操作人员的身体危害大，而且由于镁合金较为活泼，电化学势极负，给常规的电化学方法施镀也带来了较大的困难。

物理气相沉积技术是一项绿色、干式的环保型表面处理技术，而且薄膜沉积质量要高于其他电化学表面技术。采用气相沉积技术，在镁合金表面制备硬质耐蚀防护涂层是目前解决镁合金耐蚀性和耐磨性差的理想途径之一。迄今为止，已有多种涂层，包括金属、氧化物、碳化物和氮化物等，已被用于提高镁合金的抗腐蚀和抗磨损性能，但综合薄膜的耐腐蚀性和耐磨损性，现有涂层材料体系和技术还需要进一步优化筛选与改进。

类金刚石膜(Diamond-like carbon，简称DLC)具有高硬度、低摩擦系数、高化学惰性和耐磨损性的优点，是一种理想的表面防护材料。但是，类金刚石薄膜制备过程中因高能离子轰击而导致薄膜中存在的高残余压应力，常导致膜基结合较差。采用添加过渡层的方法虽可改善膜基结合力，但是增加了工艺的繁琐性，且因在腐蚀介质情况下，镁合金基材易与中间过渡层构成腐蚀原电池，从而导致基体发生严重局部腐蚀，进而使镀膜镁合金提前失效。因此，寻找一种能在镁合金上简易直接沉积兼具优异耐磨损性和耐腐蚀性的DLC涂层材料及制备方法，是目前实现DLC膜在镁合金表面处理产业化应用的关键。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对镁合金耐腐蚀和耐磨性较差的缺点，提供一种兼具耐蚀性和耐磨性的镁合金表面气相沉积防护涂层，该涂层内应力低，不需过渡层即能在镁合金表面直接成膜，膜基结合力好，能显著提高镁合金的抗腐蚀和抗磨损性能。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述镁合金表面气相沉积防护涂层的制备方法。

本发明为解决上述第一个技术问题所采取的技术方案为：一种兼具耐蚀性和耐磨性的镁合金表面气相沉积防护涂层，其特征在于所述镁合金表面气相沉积防护涂层是一种无需过渡层，能直接沉积在镁合金表面的铝掺杂类金刚石涂层，所述涂层中铝的掺杂量为10～16at.％(原子百分比)。

本发明为解决上述第二个技术问题所采取的技术方案为：一种兼具耐蚀性和耐磨性的镁合金表面气相沉积防护涂层的制备方法，其特征在于：采用涂层混合沉积系统设备，包括真空室、磁控溅射源、阳极层离子源和兼具公转和自转的工件托架，工件托架安装在真空室内部；

制备过程包括以下步骤：

1)镁合金表面机械抛光预处理，除去表面氧化层和污染物；

2)将预处理后的镁合金固定在工件托架上，真空室内采用离子束轰击清洗镁合金表面；

3)制备铝掺杂类金刚石涂层：同时开启离子束源和磁控溅射源，所述磁控溅射源内含纯度至少99.99％的Al靶，向离子束源通入CH₄或C₂H₂碳氢气体，气体流量为20～25sccm，离子束源功率为280～320W，电流为0.2～0.3A；向磁控溅射源通入Ar，流量为55～60sccm，磁控功率为1～1.5KW，电流为1～4A，基材负偏压为50～100V，工作气压约为4.5×10^-3Torr，沉积时间1～2小时，即在镁合金表面沉积铝掺杂类金刚石涂层。

所述步骤2采用离子束轰击清洗镁合金表面的具体步骤为：腔体气压2×10^-3Torr，开启离子束源，向离子束源通入Ar，气流量为30～50sccm，离子束源功率260～300W，电流为0.1～0.3A，基材脉冲负偏压为100～300V，轰击时间20～30min。

所述真空室的本底真空小于2×10^-5Torr，沉积温度小于100℃。