[发明专利]磷化硼耐磨耐蚀涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于耐磨耐蚀涂层领域；具体涉及磷化硼耐磨耐蚀涂层的制备方法。

背景技术

船舰的螺旋推进器、轴和潜艇密封件等部件不仅要求有优异的力学性能，以降低运行中产生的磨损；更重要的是能在航海环境中抵御海水的腐蚀。但是海水中大量存在的氯离子对不锈钢具有很强的破坏性，氯离子能优先选择吸附在不锈钢的钝化膜上，与钝化膜中的阳离子结合成可溶性物质，从而对不锈钢造成破坏性的腐蚀。因此，在不锈钢基底上沉积耐磨耐蚀涂层是解决此问题的可行方法。磷化硼薄膜凭借其高硬度、高模量以及化学稳定性，显现出优异的耐磨耐蚀性能，能成为舰船上不锈钢部件表面保护涂层的优选材料。目前常用的热分解和PECVD等制备方法，往往出现沉积温度高、表面缺陷多以及气路复杂不安全等问题。沉积温度对薄膜的结晶质量有影响，过高的温度会产生立方BP至斜六方B₁₂P₂的相变，使薄膜的力学性能下降；表面缺陷的增加会加快其腐蚀速率、影响其磨损寿命；而气路的复杂不安全性也不利于实际应用。

发明内容

本发明要解决现有磷化硼薄膜制备方法存在寿命短的技术问题；而提供了磷化硼耐磨耐蚀涂层的制备方法。能满足精确控制成分、均匀致密且缺陷少以及高沉积速率等要求的磷化硼薄膜，以获得理想的结构与相应的优良性能，从而满足耐磨耐蚀的实用需求。

本发明中磷化硼耐磨耐蚀涂层的制备方法是按下述步骤进行的：

步骤一、将不锈钢衬底依次用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗；

步骤二、将步骤一处理后的不锈钢衬底置于磁控溅射真空仓内的加热台上，然后对真空仓进行抽真空至真空度达到1.0×10^-7～9.9×10^-7Pa，启动加热装置，加热至200～600℃后保温10～30分钟；

步骤三、然后向真空仓内通入氩气至真空仓内压强为3～5Pa，对不锈钢衬底表面进行反溅清洗3～5分钟；

步骤四、再施加溅射功率启辉，溅射功率为120～160W，调节氩气的气体流量为50～100sccm，PH₃的气体流量为3～50sccm，高纯硼作溅射靶材，移开挡板向不锈钢衬底表面镀膜，镀膜结束后，关闭所有电源，待真空仓内温度降至室温时即制得磷化硼耐磨耐蚀涂层。

本发明制备的磷化硼薄膜具有很高的硬度(硬度在26GPa以上)与模量(在260GPa以上)，与基底良好的附着性以及很低的残余应力(仅为800GPa)，在摩擦磨损过程中磨损率小，磨损寿命长，能对基底起到很好的保护作用；本发明方法制备的磷化硼薄膜具有均匀致密(表面粗糙度仅为2nm)的结构，能有效抵御腐蚀粒子的侵蚀，显著提高了基底的耐腐蚀性能。适于船舰上螺旋推进器、轴和潜艇密封件等不锈钢部件防止被海水腐蚀。

附图说明

图1为磷化硼涂层经过附着力测试、中度摩擦和重度摩擦测试后的光学显微照片；图2是不锈钢基底沉积磷化硼薄膜前后的Tafel曲线图，图中1表示不锈钢基底的Tafel曲线，2表示不锈钢基底表面上沉积磷化硼薄膜的Tafel曲线。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式中磷化硼耐磨耐蚀涂层的制备方法是按下述步骤进行的：

步骤一、将不锈钢衬底依次用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗；

步骤二、将步骤一处理后的不锈钢衬底置于磁控溅射真空仓内的加热台上，然后对真空仓进行抽真空至真空度达到1.0×10^-7～9.9×10^-7Pa，启动加热装置，加热至200～600℃后保温10～30分钟；

步骤三、然后向真空仓内通入氩气至真空仓内压强为3～5Pa，对不锈钢衬底表面进行反溅清洗3～5分钟；

步骤四、再施加溅射功率启辉，溅射功率为120～160W，调节氩气的气体流量为50～100sccm，PH₃的气体流量为3～50sccm，高纯硼(≥99.99％)作溅射靶材，移开挡板向不锈钢衬底表面镀膜，镀膜结束后，关闭所有电源，待真空仓内温度降至室温时即制得磷化硼耐磨耐蚀涂层。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二所述加热温度为550℃。其它步骤和参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤四的溅射功率为140W。其它步骤和参数与具体实施方式一相同。