[发明专利]一种耐腐蚀防护薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种耐腐蚀防护薄膜及其制备方法和应用，属于防护材料领域。本发明提供的耐腐蚀防护薄膜为多层结构，由基体表面至薄膜表面依次为金属M层、金属M与M₂O₅混合过渡层和M₂O₅层；所述M为V、Nb或Ta；所述耐腐蚀防护薄膜的制备方法，包括以下步骤：在基体表面采用离子镀方法沉积金属M，在基体表面形成金属薄膜；所述M为金属钒、铌或钽；采用原子氧束流辐照所述金属薄膜，在基体表面原位形成耐腐蚀防护薄膜；所述原子氧束流能量为4～10eV，辐照时间为60～180min。本发明提供的制备方法简单，容易操作，且制备得到的防护薄膜能够有效提高基体的抗腐蚀性能。

技术领域

本发明涉及薄膜材料领域，尤其涉及一种耐腐蚀防护薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

钒(V)、铌(Nb)与钽(Ta)三种元素，一般统称为钒族元素。钒族元素的最高价氧化物一般具有优异的热力学稳定性和耐腐蚀性能，使得钒族元素最高价氧化物在耐腐蚀防护薄膜材料中具有广阔的应用前景。

目前，钒族最高价氧化物防护薄膜的制备方法主要有物理气相沉积、化学气相沉积和溶胶-凝胶法。其中物理气相沉积方法主要有电子束蒸发、反应溅射法。利用气相沉积方法制备该类薄膜，需要引入和调控氧气压力，薄膜沉积真空室内的气体组成和压力比例都会显著影响该类薄膜的化学组分和组织结构，因此其工艺稳定性较难保证。另一方面，气相沉积钒族元素最高价氧化物薄膜与工程常用金属基体材料结合力一般较弱，如采用金属薄膜层过渡的多层结构设计虽然可以在一定程度上提高薄膜与金属基体的结合性能，但是会增加工艺复杂性。而且，金属过渡层与氧化物薄膜层的层间结合性能也会对薄膜材料整体的腐蚀防护性能产生影响。采用溶胶-凝胶法制备钒族元素最高价氧化物薄膜需要使用的前驱体和无机盐，如铌醇盐，均很不稳定，这显著增加了制备工艺参数控制的复杂性。由于上述方法存在的缺陷，导致由上述方法制备得到的钒族氧化物薄膜的耐腐蚀性能欠佳。因此，如何提供一种对基体防护性能好的防护薄膜，具有重要意义。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种耐腐蚀防护薄膜及其制备方法和应用，本发明提供的防护薄膜能够有效提高基体的抗腐蚀性能，且制备方法简单。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种耐腐蚀防护薄膜，所述耐腐蚀防护薄膜为多层结构，所述多层结构由基体表面至薄膜表面依次为金属M层、金属M与M₂O₅混合过渡层和M₂O₅层；所述M为V、Nb或Ta。

优选地，所述耐腐蚀防护薄膜中金属M层的厚度为0.2～1.0μm；所述金属M与M₂O₅混合过渡层的厚度为0.4～1.5μm；所述M₂O₅层的厚度为0.4～1.5μm；所述耐腐蚀防护薄膜的厚度为1.0～4.0μm。

本发明提供了以上方案所述耐腐蚀防护薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)在基体表面采用离子镀方法沉积金属M，在基体表面形成金属薄膜；所述M为V、Nb或Ta；

(2)采用原子氧束流辐照所述金属薄膜，在基体表面原位形成耐腐蚀防护薄膜；所述原子氧束流能量为4～10eV，辐照时间为60～180min。

优选地，所述(1)离子镀方法中靶材的材质为金属钒、铌或钽；所述靶材的纯度≥99.9％；靶材表面与基体表面之间的法线夹角≤20°；靶材表面的中心与基体表面中心连线距离为150～450mm。

优选地，所述(1)中离子镀方法的工作气体为氩气，气体分压为0.08～1.0Pa，靶电压为20～25V，电流为60～100A，工件偏压为-50～-800V，薄膜沉积时间为10～60min。