[发明专利]一种无基体偏压下获得的刚玉和立方结构三氧化二铝铬混合相涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种无基体偏压下获得的刚玉和立方结构三氧化二铝铬混合相涂层及其制备方法，属于涂层技术领域，刚玉和立方结构三氧化二铝铬混合相涂层使用双极高能脉冲磁控溅射沉积获得，涂层包括一种α‑(Al,Cr)₂O₃相（104）晶面和一种fcc‑(Al,Cr)₂O₃相（200）晶面。该涂层的制备方法为：基体前处理和加热，使用等离子清洗基体，使用双极高能脉冲磁控溅射沉积刚玉和立方结构三氧化二铝铬混合相涂层。本发明涂层具有致密度高，化学稳定性好的特点，涂层制备方法可解决(Al,Cr)₂O₃涂层在偏压作用消失时的离子动量不足的问题。

技术领域

本发明属于涂层技术领域，涉及无基体偏压下获得的刚玉和立方结构三氧化二铝铬混合相涂层（即α-(Al,Cr)₂O₃和fcc-(Al,Cr)₂O₃混合相涂层），还涉及无基体偏压下获得的刚玉和立方结构三氧化二铝铬混合相涂层的制备方法。

背景技术

AlCrO涂层具有高抗氧化性、高温稳定性和耐磨性，常被应用于摩擦磨损、高温氧化和电化学腐蚀工况。与传统氮化物涂层相比，其优势在于Al-O和Cr-O共价键具有更高的化学稳定性和带隙，因此，在高温或腐蚀环境下难以分解。但是，使用物理气相沉积方法制备AlCrO涂层时，尤其是当涂层中Al含量高于50at.%时，AlCrO涂层中的γ-Al₂O₃相对粒子轰击极其敏感，当参与沉积的离子动量较低时，涂层易形成非晶态结构和Al₂O₃-Cr₂O₃双相结构，当参与沉积的离子动量较高时，涂层易形成fcc-(Al,Cr)₂O₃和α-(Al,Cr)₂O₃相，但是，由于Al-O和Cr-O共价键的带隙高，故在沉积过程中，涂层和基体处于绝缘状态，偏压作用消失，粒子无法获得偏压吸引，导致粒子动量过低。无偏压作用下的离子动量提升和形成三元固溶体相仍无法得到很好的解决。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种无基体偏压下获得的刚玉和立方结构三氧化二铝铬混合相涂层及其制备方法，以解决现有技术中存在的技术问题。

本发明采取的技术方案为：一种无基体偏压下获得的刚玉和立方结构三氧化二铝铬混合相涂层，刚玉和立方结构三氧化二铝铬混合相涂层使用双极高能脉冲磁控溅射沉积获得，涂层包括一种α-(Al,Cr)₂O₃相（104）晶面和一种fcc-(Al,Cr)₂O₃相（200）晶面。

其中，上述一种无基体偏压下获得的刚玉和立方结构三氧化二铝铬混合相涂层中铝和铬的原子比例关系为：Al_xCr_1-x，x=60~80 at.%。

其中，上述一种无基体偏压下获得的刚玉和立方结构三氧化二铝铬混合相涂层厚度为100~2000nm。

一种无基体偏压下获得的刚玉和立方结构三氧化二铝铬混合相涂层的制备方法包括以下步骤：

a、基体前处理和加热；

b、使用等离子清洗基体；

c、在清洗后的基体上使用双极高能脉冲磁控溅射沉积刚玉和立方结构三氧化二铝铬混合相涂层。

其中，上述步骤a中基体前处理和加热的方法为：用常规方法对基体表面进行除油处理，去除表面层油污，喷砂处理，去除表面毛刺和氧化物，随后在酒精溶液中脱水处理。基体经干燥之后立即装炉，并抽真空至≤3.0×10^-6Pa；然后开启加热丝，加热丝设置温度为500~650℃，加热时间为30~60min。