[发明专利]一种基体表面具有耐磨蚀性能的涂层及其制备方法

说明书

本发明提供了一种基体表面具有耐磨蚀性能的涂层及其制备方法。该涂层由铬金属层与非晶碳层组成，自基体表面起，铬金属层与非晶碳层依次交替叠加，并且涂层最上层为非晶碳层。该涂层能够在高腐蚀、高磨损的环境中对基体进行有效保护。并且，当叠加周期数为7～9，铬金属层的厚度为50～80nm，非晶碳层的厚度与同一叠加周期内的铬金属层的厚度比为3.5:1‑2.5:1，最上层的非晶碳层的厚度与同一叠加周期内的铬金属层的厚度为5.5:1‑6.5:1时，该涂层耐磨蚀性极佳：在海水中的摩擦系数小于0.05，磨损率小于4×10^‑8mm³/Nm，并且磨蚀后与磨蚀前相比，阻抗值下降率小于5％。

技术领域

本发明属于材料表面处理技术领域，本发明涉及一种基体表面具有耐磨蚀性能的涂层及其制备方法。

背景技术

海洋工程装备对海洋经济和海军实力的发展有着至关重要的作用，而海洋环境的腐蚀性以及处于海洋环境零部件的摩擦磨损特性严重影响了海洋工程装备中关键摩擦副零部件的工作效率和可靠性，从而制约了海洋工程装备的服役性能。

海洋环境的特点是高盐、高压、低温、低粘度和高腐蚀性等。海洋工程装备面临着腐蚀、磨损、冲蚀、生物污损以及这些因素的协同作用等典型问题，要解决这些问题必须系统考虑海洋环境的特殊性和多因素的耦合作用。

海洋腐蚀环境和海洋工程装备关键摩擦副零部件承受的载荷使得其在海水环境中的磨损十分严重。腐蚀和载荷交互作用是海洋工程装备磨损的典型问题，例如深海科研探索中应用最广泛的是水下航行器中的海水泵，它是航行器的核心装置之一。海水泵中存在多个摩擦副，如主轴和滑动轴承，柱塞与缸孔，滑靴与摩擦盘等。这几个摩擦副对于海水泵的机械效率，容积效率和寿命有着决定性作用。但是这些部件除了气蚀，生物污损和腐蚀等问题外，还存在摩擦副零部件之间的磨损以及海水环境的腐蚀-磨损作用。

因此，如何提高材料的减磨润滑和耐磨蚀特性是材料技术领域研究的课题之一，对拓宽材料的应用领域具有重要意义，尤其当材料应用于海洋腐蚀环境时具有重要的研究价值。

发明内容

本发明的技术目的是提供一种基体表面涂层，该涂层具有良好的耐磨蚀性能，能够在高腐蚀、高磨损的环境中对基体进行有效防护。

为了实现上述技术目的，本发明将基体表面的涂层设计为铬金属层与非晶碳层周期性交替的结构。利用铬金属层作为过渡层能够提高基体与非晶碳层的结合力，并且当铬金属层在海水等腐蚀环境中时能够生成三氧化二铬钝化膜提高耐腐蚀性；利用非晶碳层提高涂层的润滑性，从而降低磨损；并且，采用周期交替结构能够避免层中因孔洞等缺陷形成贯穿性结构而影响涂层的耐腐蚀等性能，有利于形成致密的涂层结构而进一步提高涂层的耐腐蚀性能。

即，本发明的技术方案为：一种基体表面具有耐磨蚀性能的涂层，其特征是：所述涂层由铬金属层与非晶碳层组成，自基体表面起，铬金属层与非晶碳层依次交替叠加，并且涂层最上层为非晶碳层。

另外，本发明人在大量实验探索研究后发现，所述涂层中，自基体表面起，一层铬金属层与非晶碳层形成一个叠加周期，当叠加周期数优选为7～9，并且在每个叠加周期中，铬金属层的厚度为50～80nm，非晶碳层的厚度与铬金属层的厚度比优选为3.5:1-2.5:1，更优选为3:1时，耐腐蚀性能进一步提高。在此基础上，当将最上层的非晶碳层的厚度进一步优选为与铬金属层的厚度之比为5.5:1-6.5:1，最优选为6:1时，其耐腐蚀性能达到了预想不到的的技术效果，其在海水中的摩擦系数小于0.05，磨损率小于4×10^-8mm³/Nm，并且涂层的阻抗值高达10⁵Ω/cm²，磨蚀后与磨蚀前相比，阻抗值下降率小于5％。

本发明还提供了一种制备上述具有耐磨蚀性能的涂层的方法，其特征是：包含以下步骤，

步骤1：将基体放入丙酮或乙醇中，清洗、干燥后待用；