[发明专利]耐磨耐蚀Cr/CrAlSiN复合涂层、其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种耐磨耐蚀Cr/CrAlSiN复合涂层，其包括依次形成于基体上的结合层和耐磨耐蚀层，所述结合层采用Cr层，所述耐磨耐蚀层采用CrAlSiN层，所述CrAlSiN层具有非晶纳米晶结构，并包含面心立方结构CrN相、AlN强化相及非晶态Si₃N₄相，所述非晶态Si₃N₄相包裹所述CrN相和AlN强化相。该复合涂层具有优异的承载抗磨能力和耐腐蚀性能，能够满足恶劣工况条件下对各类零部件、设施的高性能要求，具有良好的应用前景。本发明还公开了所述复合涂层的制备方法，其简单易行，可实现批量生产。

技术领域

本发明涉及一种耐磨耐蚀涂层，具体涉及一种耐磨耐蚀Cr/CrAlSiN复合涂层及其制备方法于应用，例如在海工装备、近海设施、船舶舰艇等海洋环境中的应用，属于材料腐蚀技术领域。

背景技术

随着深海资源的逐步开发和利用，海洋工程材料面临着巨大腐蚀与磨损，该问题将严重制约重大海洋工程技术和装备的发展，其腐蚀失效问题更是严重影响海洋工程和装备的可靠性和寿命，材料的腐蚀防护技术已成为我国海洋工程领域亟待解决的问题。比如阀门，密封环等作为与海水直接接触的关键摩擦零部件在使用过程中，长时间处于海水介质中并受到严重的腐蚀和磨损，服役条件相当苛刻。而物理气象沉淀技术(PVD方法)是在工件表面沉积纳米至微米级的防护性涂层，同时涂层厚度精确可控，不影响精密零部件的使用尺寸，为解决在苛刻条件下服役的关键摩擦零部件提供了一种行之有效的防护方法。

截至目前为止，CrN涂层由于硬度高，耐磨性好，化学性能稳定等优点被广泛运用于各个行业，成为运用最广且性能最为稳定的PVD防护涂层之一。然而，传统的CrN涂层因具有显著的柱状晶结构而易在腐蚀介质中形成贯穿性的腐蚀通道，进而导致材料剥离甚至失效，尤其是在高载荷条件下更容易失效。因此，传统的CrN涂层已经无法满足海洋极端环境下所面临的工件需求。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种耐磨耐蚀Cr/CrAlSiN复合涂层、其制备方法与应用，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种耐磨耐蚀Cr/CrAlSiN复合涂层，其包括依次形成于基体上的结合层和耐磨耐蚀层，所述结合层采用Cr层，所述耐磨耐蚀层采用CrAlSiN层。

进一步的，所述CrAlSiN层具有非晶纳米晶结构，并包含面心立方结构CrN相、AlN强化相及非晶态Si₃N₄相，所述非晶态Si₃N₄相包裹所述CrN相和AlN强化相。

优选的，所述CrAlSiN层中的CrN相含量为10～20wt％，AlN相含量为6～10wt％，Si₃N₄相含量为15～45wt％。

本发明实施例还提供了一种制备所述耐磨耐蚀Cr/CrAlSiN复合涂层的方法，其包括如下步骤：

对基体表面进行离子渗氮处理和/或离子刻蚀处理；

以及，依次于所述基体表面沉积Cr层和CrAlSiN层，形成所述复合涂层。

在一些较佳实施方案中，所述的制备方法还可以包括：对基体表面进行表面清洁处理，之后对洁净的基体表面依次进行离子渗氮处理和离子刻蚀处理。

本发明实施例还提供了所述耐磨耐蚀Cr/CrAlSiN复合涂层于金属材料和/或非金属材料表面防护领域的用途。优选的，所述金属材料和/或非金属材料包括海洋工程材料。

较之现有技术，本发明至少具有如下优点：