[发明专利]一种二硼化钛-镍涂层或薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新材料领域，涉及一种TiB₂-Ni材料，具体涉及一种原位合成的金属Ni增韧的TiB₂涂层或者薄膜及其制备方法。

背景技术

TiB₂具有高硬度、高熔点、低密度、较高的杨氏模量、良好的导热、导电、耐磨和化学稳定性等优点，是一种具有优良的结构和功能性能的先进陶瓷材料，因此它被广泛的应用于多种领域，特别是可以作为硬质、防护、电接触等涂层材料。然而TiB₂陶瓷材料的脆性在一定程度上限制了其单独应用，因此，借鉴材料复合的研究思路，基于TiB₂材料的高硬度，TiB₂颗粒增强的金属基复合材料近来已被广泛研究。例如：二硼化钛弥散强化铜基复合材料(中国专利，200910095176.9)，TiB₂颗粒增强镁基复合材料(中国专利，200710047943.X)等，这些材料很好的保持了金属基体的韧性、导电性、易加工性等优良性能，又在一定程度上提高了金属的强度和硬度，具有很好的应用前景。然而，材料中的TiB₂只是作为增强相少量的添加于金属基体内部，这对材料强度和硬度的改善是极其有限的。反之，以TiB₂为主晶相加以少量金属相复合的材料的报道并不多见。张幸红等将事先得到的TiB₂相和金属相通过烧结等工艺得到了TiB₂含量高得达75％而Cu-Ni含量较低的块体复合材料，所制得的材料接近平衡态。(Xinghong Zhang，Changqing Hong，Jiecai Hana and Hexin Zhang，Microstructure and mechanical properties of TiB₂/(Cu，Ni)interpenetrating phase composites，Scripta Materialia，55，2006，565-568)而原位气相合成的金属Ni增韧的TiB₂涂层或者薄膜并未见报道。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种既具有高硬度又具有良好的韧性，同时抗摩擦、磨损性能、导电性能和抗化学腐蚀性均表现良好的TiB₂-Ni涂层或者薄膜。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种TiB₂-Ni涂层或者薄膜的制备方法，不仅制备成本低，而且操作简单、制备周期短、重复性强、可用于大规模工业生产。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种TiB₂-Ni涂层或者薄膜，其特征在于该TiB₂-Ni涂层或者薄膜是以TiB₂为主晶相，金属Ni为次晶相利用物理气相沉积技术原位复合而成的，其中TiB₂含量为65-95at.％，Ni含量为5-35at.％。

作为优选，所述TiB₂-Ni涂层或者薄膜的基板材料选用单晶硅、玻璃、高速钢、合金钢或者钛合金等。

最后，所述薄膜的厚度为20nm-1um；所述涂层的厚度为1um-1mm。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种上述的TiB₂-Ni涂层或者薄膜的制备方法，其特征在于以高纯度的TiB₂陶瓷靶和金属Ni靶为原料，采用物理气相沉积技术，通过原位沉积不同TiB₂和Ni配比的涂层或者薄膜，作为优选，磁控溅射技术制备该涂层或者薄膜的具体步骤为：

a)安装靶材和基板；

b)抽真空和基板加热；

c)通入惰性气体，设置电源与基板参数，起辉，预溅射后，溅射沉积；

d)沉积结束，关闭电、气、水路，取样。

作为改进，所述步骤a)的基板在安装前要依次分别用无水乙醇、丙酮、无水乙醇超声清洗10～20min，然后于70～90℃下鼓风干燥1～2h。

作为优选，所述步骤b)中的抽真空是指沉积室内背底真空低于9.5×10^-4Pa，所述基板加热温度为室温～500℃，保温20～30min。