[发明专利]仿贝壳多拱形结构纳米复合涂层、其制备方法与应用

权利要求书

1.一种仿贝壳多拱形结构纳米复合涂层，其特征在于包括不连续金属种子层和连续的多拱形结构层；所述不连续金属种子层包括离散分布在基底表面的多个金属岛状种子；所述多拱形结构层包括分别在所述多个金属岛状种子上沉积形成的多个拱形结构单元，每一拱形结构单元包括在相应金属岛状种子上交替沉积的一个以上拱形硬质纳米陶瓷相层和一个以上拱形软质金属相层；

其中，所述金属岛状种子呈椭丘形且厚度为20~40 nm，直径为50~100 nm，相邻金属岛状种子之间的间距为30~60 nm；

多个所述拱形结构单元沿与基底表面平行的方向依次连接，每一拱形结构单元均是以相应金属岛状种子表面为生长模板定向生长形成，所述拱形结构单元中硬质纳米陶瓷相层和软质金属相层均具有纳米级厚度；以及

所述复合涂层的最外层为硬质纳米陶瓷相层；

所述不连续金属种子层的材质选自金属Ag、Cu或Al；

所述硬质纳米陶瓷相层的材质为MeCN，其中Me选自Ti、Si或Al；

所述复合涂层中软金属元素的掺杂含量控制在15-18 at.%之间，所述软金属元素选自Ag、Cu或Al。

2.根据权利要求1所述的仿贝壳多拱形结构纳米复合涂层，其特征在于：所述硬质纳米陶瓷相层和软质金属相层的厚度均为5-20 nm。

3.根据权利要求1所述的仿贝壳多拱形结构纳米复合涂层，其特征在于：所述复合涂层具有仿红鲍鱼壳体珍珠层文石的结构，硬度在30GPa以上，断裂强度在15 GPa以上，在海水环境中的磨损率为10^-7 mm³/Nm数量级。

4.根据权利要求1所述的仿贝壳多拱形结构纳米复合涂层，其特征在于：所述复合涂层的厚度为2~5μm。

5.权利要求1-4中任一项所述仿贝壳多拱形结构纳米复合涂层的制备方法，其特征在于，包括：

第一步骤，采用物理气相沉积技术及软金属靶材在经过预处理及离子刻蚀的基底上沉积所述不连续金属种子层，其中采用的高纯惰性气体流量200 sccm~400 sccm、软金属靶材的靶电流为25 A~40 A、偏压为-20 V~-100 V、温度为350 ℃~450 ℃、工作距离为35~50cm、沉积时间为45 s~75 s；

第二步骤，以所述不连续金属种子层中的各金属岛状种子的表面为生长模板，采用物理气相沉积技术及多元金属靶材和软金属靶材在各金属岛状种子上交替沉积一个以上拱形硬质纳米陶瓷相层和一个以上拱形软质金属相层并定向生长为拱形结构单元，且使多个拱形结构单元相互连接，从而在所述不连续金属种子层上形成连续的多拱形结构层，其中多元金属靶材与软金属靶材交替工作，多元金属靶材的靶电流为55 A~80 A，软金属靶材的靶电流为25 A~40 A，偏压为-20 V~-100 V，温度为350 ℃~450 ℃，工作距离为35~50 cm，转盘转速为1 rpm~5 rpm，且在软金属靶材工作时，高纯惰性气体流量200 sccm~400 sccm，而在多元金属靶材工作时，高纯惰性气体流量200 sccm~400 sccm，高纯氮气流量300 sccm~800 sccm，烃类气体流量10sccm~100sccm。

6.根据权利要求5所述仿贝壳多拱形结构纳米复合涂层的制备方法，其特征在于，还包括：

将经过预处理的基底、多元金属靶材和软金属靶材置入真空镀膜设备的腔体，并使所述腔体内的真空度为(3~6)×10^-5 mbar，同时进行加热，加热温度为350 ~ 450 ℃，高纯惰性气体为工作气体；

对所述预处理的基底进行离子刻蚀，以及对所述多元金属靶材和软金属靶材进行溅射清洗，之后进行所述第一步骤和第二步骤。

7.根据权利要求5所述仿贝壳多拱形结构纳米复合涂层的制备方法，其特征在于，还包括：重复进行所述第一步骤和第二步骤。