[发明专利]一种Zr-B-N纳米复合涂层制备工艺

摘要

本发明涉及纳米复合涂层及其制备技术，具体地说是一种Zr‑B‑N纳米复合涂层的制备工艺，采用高功率脉冲和脉冲直流复合磁控溅射技术在金属或合金基体上沉积Zr‑B‑N纳米复合涂层。为提高涂层中Zr元素含量，靶材同时选用金属Zr和化合物ZrB₂（纯度均为wt.99.9%，直径均为80 mm），镀膜前先通入Ar气，利用高功率脉冲磁控溅射Zr靶对基体表面进行轰击清洗，然后沉积金属Zr过渡层，最后再通入反应气体N₂，将Zr和ZrB₂靶同时起辉，开始沉积Zr‑B‑N涂层。本发明涉及的Zr‑B‑N纳米复合涂层制备工艺简单，重复性好，并且容易工业化生产；制备出的Zr‑B‑N涂层具有较高的韧性和强度，良好的耐磨性能，且组织结构致密、涂层与基体间的结合力强。

主权项

1.一种Zr‑B‑N纳米复合涂层的制备工艺，其特征在于：采用高功率脉冲和脉冲直流复合磁控溅射技术在金属或合金基体上沉积Zr‑B‑N涂层；先利用高功率脉冲磁控溅射技术溅射金属Zr靶，对基体表面进行轰击清洗，随后沉积金属Zr过渡层，再同时采用高功率脉冲和脉冲直流磁控溅射技术分别溅射金属Zr靶和化合物ZrB2靶，在氮气气氛中反应沉积Zr‑B‑N涂层；先将真空室的本底真空抽至2.0×10‑3Pa，然后在真空室内通入氩气对基体表面进行辉光放电清洗，工作压强保持在3.0×10‑1Pa，加‑600V直流偏压，放电清洗时间5min；之后开通高功率脉冲磁控溅射电源，平均输出功率0.8kW，控制金属Zr靶起辉，靶电流65A，再轰击清洗5min；之后降低偏压至‑100V，先沉积金属Zr过渡层10min，Zr靶基距保持在100mm，沉积温度300℃；随后通入纯度为99.999％的反应气体N2，保持氮气流量比N2/(Ar+N2)＝0.5，并利用喉阀将工作压力调至4.0×10‑1Pa，同时开启脉冲直流磁控溅射电源，控制ZrB2靶起辉，ZrB2靶基距离120mm，输出功率0.3kW，靶电流2.6A，靶电压370V，占空比60％，基体偏压仍为‑100V，开始沉积Zr‑B‑N涂层；沉积时间根据涂层厚度要求而定。