[发明专利]一种具有耐微生物腐蚀性的金属/陶瓷双相复合涂层及其制备方法

说明书

本发明为一种具有耐微生物腐蚀性的金属/陶瓷双相复合涂层及其制备方法。一种具有耐微生物腐蚀性的金属/陶瓷双相复合涂层的制备方法，利用双阴极等离子溅射沉积技术，在Ti‑6Al‑4V合金工件表面形成具有微纳米复合结构的金属/陶瓷复合涂层；其中，所述的双阴极等离子溅射沉积的工艺参数：靶材电压850‑950V，工件电压300‑350V，极间距8‑10mm，工作气压35‑40Pa，沉积温度700‑850℃，沉积时间3.0‑3.5h；所述的靶材为混合Fe₂O₃‑Al‑Cr‑Co‑Ni‑Cu靶，其成分配比为：22.97％Fe₂O₃，11.63％Al，22.40％Cr，16.94％Co，16.94％Ni，9.12％Cu。本发明所述的金属/陶瓷双相复合涂层由表层微米尺度的“笋状”粗糙结构和底层致密层构成，该涂层在具有一定疏水性的同时，通过铜离子的释放减少微生物对材料的破坏，陶瓷相的化学稳定性提高了其腐蚀性能。

技术领域

本发明属于医用材料的技术领域，具体涉及一种具有耐微生物腐蚀性的金属/陶瓷双相复合涂层及其制备方法。

背景技术

地球上最早的生命形态以微生物的形式出现，直至今日，这些体型极其微小的生物依旧与我们的日常生活和生产活动息息相关。其中，广泛存在于自然界的一些特殊微生物以金属或其他结构材料为生命活动的能量来源或物质来源，对人类的生产、生活造成了极大的财产损失和生命安全隐患。据悉，全球每年因金属腐蚀失效造成约4万亿美元的经济损失，其中由微生物生命活动和代谢产物造成的微生物腐蚀约占20％。各种腐蚀微生物按照氧需求及腐蚀机制的差异可以分为多种类型，主要包括硫酸盐还原菌、铁细菌、产酸菌和产氨菌等。在油田、土壤、深海等厌氧环境中，通常认为硫酸盐还原菌(SRB)是导致微生物腐蚀的主要原因。例如：油田开采环境中，SRB会造成钻井平台、输送管道等设备严重的内外腐蚀现象；在深海研究中，广泛存在于海水中的SRB极易造成深海装备因微生物腐蚀而过早失效。因此提高金属材料的耐微生物腐蚀性能存在巨大的经济应用价值。

有鉴于此，本发明提出一种新的具有耐微生物腐蚀性的金属/陶瓷双相复合涂层及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有耐微生物腐蚀性的金属/陶瓷双相复合涂层的制备方法，以双阴极等离子溅射沉积技术为手段，利用Fe(Al,Cr)₂O₄尖晶石陶瓷较高的硬度和电化学稳定性，以及Cr、Ni、Co等贵金属的耐腐蚀性，在Ti-6Al-4V合金表面制备具有耐微生物腐蚀性的金属/陶瓷复合涂层。该涂层由表层微米尺度的“笋状”粗糙结构和底层致密层构成，具有较高的硬度和一定的疏水性，并且能够显著提高钛合金在硫酸盐还原菌条件下的耐微生物腐蚀性能，扩大钛合金在微生物腐蚀条件下的适用范围和应用潜力。

为了实现上述目的，所采用的技术方案为：

一种具有耐微生物腐蚀性的金属/陶瓷双相复合涂层的制备方法，利用双阴极等离子溅射沉积技术，在Ti-6Al-4V合金工件表面形成具有微纳米复合结构的金属/陶瓷复合涂层；

其中，所述的双阴极等离子溅射沉积的工艺参数：靶材电压850-950V，工件电压300-350V，极间距8-10mm，工作气压35-40Pa，沉积温度700-850℃，沉积时间3.0-3.5h；

所述的靶材为混合Fe₂O₃-Al-Cr-Co-Ni-Cu靶，其成分配比为：22.97％Fe2O3，11.63％Al，22.40％Cr，16.94％Co，16.94％Ni，9.12％Cu。

进一步地，所述的靶材电压950V。

进一步地，所述的工件电压300V。

进一步地，所述的极间距8mm。

进一步地，所述的工作气压35Pa。

进一步地，所述的沉积温度800℃。