[发明专利]MAX相涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及一种MAX相涂层及其制备方法，所述MAX相涂层中，M元素为过渡族金属元素，A元素为主族元素，X元素为C或N；其中，所述A元素中至少包括Sn和另一元素Z，所述Sn在所述A元素中的原子含量x为20％～80％。所述MAX相涂层可通过沉积M‑A‑X涂层后经退火处理制得。本发明的MAX相涂层的自修复温度大大降低，提高了MAX相涂层的服役寿命，且该MAX相涂层的制备方法可控、成本低，易于大面积制备。

技术领域

本发明涉及陶瓷涂层技术领域，特别是涉及MAX相涂层的制备方法。

背景技术

PVD(物理气相沉积)技术制备MAX相涂层是一个极度远离平衡态的过程(冷却速率10¹²-10¹⁶K/s)，在沉积过程中，MAX相涂层内存在诸多空位、晶界、空隙等微观缺陷。此外，MAX相涂层在高温服役过程中会发生氧化，由于氧化物和MAX相涂层热膨胀系数的差异，MAX相涂层内应力的增加会使MAX相涂层产生微裂纹。然而，传统的MAX相材料的自修复的温度通常高于800℃，其原因是：A元素具有高活度，在高温服役过程中，A元素优先发生氧化形成氧化物，该氧化物填充微裂纹、孔洞等微观、宏观缺陷。但是，A元素氧化温度相对较高，A元素发生氧化的过程中M元素和X元素也发生了严重氧化，使MAX相材料发生分解，损失了MAX相材料的本征性能。

所以，传统的MAX相涂层破损后无法实现中低温自修复，从而导致MAX相涂层剥落、快速氧化甚至失效，服役寿命减退，直接导致经济损失的同时也带来了大量的安全隐患，极大限制了MAX相涂层的应用。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种MAX相涂层及其制备方法；所述MAX相涂层的自修复温度大大降低，提高了MAX相涂层服役寿命，且该MAX相涂层的制备方法可控、成本低，易于大面积制备。

一种MAX相涂层，所述MAX相涂层中，M元素为过渡族金属元素，A元素为主族元素，X元素为C或N；其中，所述A元素中至少包括Sn和另一元素Z，所述Sn在所述A元素中的原子含量x为20％～80％。

在其中一个实施例中，所述Sn的熔点低于所述Z的熔点。

在其中一个实施例中，所述Z包括Al、Si中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述MAX相涂层包括Ti₂(Al_1-x,Sn_x)C、Cr₂(Al_1-x,Sn_x)C、V₂(Al_1-x,Sn_x)C、Ti₃(Al_1-x,Sn_x)C₂、Ti₄(Al_1-x,Sn_x)C₃、Ti₄(Al_1-x,Sn_x)N₃、Zr₂(Al_1-x,Sn_x)C、Zr₃(Al_1-x,Sn_x)₃C₅、Zr₂(Al_1-x,Sn_x)₄C₅中的一种。

在其中一个实施例中，所述MAX相涂层中MAX相的质量分数大于等于95％。

在其中一个实施例中，所述MAX相涂层的厚度为5微米～20微米。