[发明专利]一种镁合金表面耐腐蚀高熵合金涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及表面防护材料技术领域，更具体的涉及一种镁合金表面耐腐蚀高熵合金涂层及其制备方法。

背景技术

镁合金材料比强度高，可回收利用且矿产资源丰富，在“海、陆、空、天”等许多工业领域都得到了广泛应用。然而这些领域所需的构件结构复杂且需要适应各种服役环境。镁合金材料性质活泼，特别是在腐蚀环境中很容易发生全面腐蚀或点蚀，形成的表面氧化膜疏松多孔致密性差，很难对基体产生保护作用。因此，获得镁合金表面成分均匀，结构稳定，组织致密，结合力强且耐腐蚀性能优良的保护涂层是提高基体镁合金基体腐蚀性能的关键因素。

表面工程可通过表面涂覆、表面改性或多种表面技术复合处理，在保留镁合金基体优异特性的同时，大幅提高镁合金耐蚀性能，节能、节材、环保。目前，用于镁合金表面腐蚀防护的方法主要有激光熔敷、气相沉积、微弧氧化、化学转化、等离子处理、热喷涂等。但上述方法存在膜层较薄、有环境污染或不适合镁合金这类高活性敏感基体等缺点。

发明内容

本发明提供一种镁合金表面耐腐蚀高熵合金涂层及其制备方法，采用磁控溅射技术在镁合金基体上制备耐腐蚀高熵合金涂层，能够形成与基材结合力强，孔隙率低和成分均匀的防护涂层。

具体的，镁合金表面耐腐蚀高熵合金涂层，高熵合金涂层中包括Ti、Cr、Al、V和Si元素，所述Ti、Cr、Al、V和Si元素之间的摩尔比为1:1:1:1:1。

一种镁合金表面耐腐蚀高熵合金涂层的制备方法，包括以下步骤：

S1、将摩尔比为1:1:1:1:1的Ti、Cr、Al、V和Si颗粒原料进行电弧熔炼，反复电弧熔炼至少5次，使Ti、Cr、Al、V和Si颗粒原料均匀混炼，将混炼后的合金在模具中冷却，将冷却后的合金研磨加工后得到溅射靶材；

S2、清洁S1中得到的溅射靶材，去除靶材表面氧化物；

S3、使用超声波清洗镁合金基材，并将清洗后的镁合金基材置于衬底托内放入进样室，并对进样室和溅射室内分别抽真空；

S4、将镁合金基材衬底托放置在进样室中的反溅射靶上，向进样室中通入氩气和氮气，对镁合金基材表面进行反溅射清洗；

S5、将镁合金基材反转180°，将镁合金基材送入溅射室，调节溅射室真空度，利用清洁后的溅射靶材对镁合金基材表面进行磁控溅射，使镁合金基材表面完全覆盖耐腐蚀高熵合金涂层。

优选的，步骤S1中，Ti、Cr、Al、V和Si颗粒原料的纯度至少为99％。

优选的，步骤S1中，电弧熔炼前先抽取真空至0.01atm，再充入纯氩气至0.2atm，反复抽气充气过程3次后进行电弧熔炼，电弧熔炼电流为500A。

优选的，步骤S1中，研磨加工后得到溅射靶材直径为57.16mm，厚度为5.68mm，且溅射靶材表面平整光亮呈银白色。

优选的，步骤S2中，将溅射靶材预镀10min进行表面氧化物的去除，预镀射频功率为100W，工作压力为39.65Pa。

优选的，步骤S3中，进样室和溅射室内分别抽真空至真空度低于20Pa。

优选的，步骤S4中，进样室真空度为10^-4Pa时，通入氩气和氮气，所述氩气和所述氮气的体积比为0.091:1，调节真空度为3-5Pa时，开始对镁合金基材表面进行反溅射清洗，射频功率为150W，工作压力为90Pa，反溅射靶与镁合金基材之间的距离为9cm。

优选的，步骤S5中，溅射室真空度为5×10^-5Pa时，通入氩气和氮气，所述氩气和所述氮气的体积比为0.091:1，调节真空度为3-5Pa时，开始对镁合金基材表面进行磁控溅射，射频功率为150W，工作压力为90Pa，溅射靶材与镁合金基材之间的距离为9cm。

本发明具有以下有益效果：

本发明应用磁控溅射技术制备的镁合金表面耐腐蚀高熵合金涂层具有涂层与基材结合力强，涂层致密孔隙率低，成分均匀且容易控制的优点；可以避免因热输入产生的相变和氧化制备得到致密厚涂层，低温高速的特性适用于镁合金等敏感基体的腐蚀防护和尺寸恢复；制备得到的镁合金表面耐腐蚀高熵合金涂层能够在电化学和中性盐雾腐蚀环境中对镁合金基体提供长效防护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。