本發(fā)明涉及表面防護(hù)材料技術(shù)領(lǐng)域，更具體的涉及一種鎂合金表面耐腐蝕高熵合金涂層及其制備方法。

背景技術(shù)：

鎂合金材料比強(qiáng)度高，可回收利用且礦產(chǎn)資源豐富，在“海、陸、空、天”等許多工業(yè)領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。然而這些領(lǐng)域所需的構(gòu)件結(jié)構(gòu)復(fù)雜且需要適應(yīng)各種服役環(huán)境。鎂合金材料性質(zhì)活潑，特別是在腐蝕環(huán)境中很容易發(fā)生全面腐蝕或點(diǎn)蝕，形成的表面氧化膜疏松多孔致密性差，很難對(duì)基體產(chǎn)生保護(hù)作用。因此，獲得鎂合金表面成分均勻，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，組織致密，結(jié)合力強(qiáng)且耐腐蝕性能優(yōu)良的保護(hù)涂層是提高基體鎂合金基體腐蝕性能的關(guān)鍵因素。

表面工程可通過(guò)表面涂覆、表面改性或多種表面技術(shù)復(fù)合處理，在保留鎂合金基體優(yōu)異特性的同時(shí)，大幅提高鎂合金耐蝕性能，節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保。目前，用于鎂合金表面腐蝕防護(hù)的方法主要有激光熔敷、氣相沉積、微弧氧化、化學(xué)轉(zhuǎn)化、等離子處理、熱噴涂等。但上述方法存在膜層較薄、有環(huán)境污染或不適合鎂合金這類(lèi)高活性敏感基體等缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種鎂合金表面耐腐蝕高熵合金涂層及其制備方法，采用磁控濺射技術(shù)在鎂合金基體上制備耐腐蝕高熵合金涂層，能夠形成與基材結(jié)合力強(qiáng)，孔隙率低和成分均勻的防護(hù)涂層。

具體的，鎂合金表面耐腐蝕高熵合金涂層，高熵合金涂層中包括Ti、Cr、Al、V和Si元素，所述Ti、Cr、Al、V和Si元素之間的摩爾比為1:1:1:1:1。

一種鎂合金表面耐腐蝕高熵合金涂層的制備方法，包括以下步驟：

S1、將摩爾比為1:1:1:1:1的Ti、Cr、Al、V和Si顆粒原料進(jìn)行電弧熔煉，反復(fù)電弧熔煉至少5次，使Ti、Cr、Al、V和Si顆粒原料均勻混煉，將混煉后的合金在模具中冷卻，將冷卻后的合金研磨加工后得到濺射靶材；

S2、清潔S1中得到的濺射靶材，去除靶材表面氧化物；

S3、使用超聲波清洗鎂合金基材，并將清洗后的鎂合金基材置于襯底托內(nèi)放入進(jìn)樣室，并對(duì)進(jìn)樣室和濺射室內(nèi)分別抽真空；

S4、將鎂合金基材襯底托放置在進(jìn)樣室中的反濺射靶上，向進(jìn)樣室中通入氬氣和氮?dú)猓瑢?duì)鎂合金基材表面進(jìn)行反濺射清洗；

S5、將鎂合金基材反轉(zhuǎn)180°，將鎂合金基材送入濺射室，調(diào)節(jié)濺射室真空度，利用清潔后的濺射靶材對(duì)鎂合金基材表面進(jìn)行磁控濺射，使鎂合金基材表面完全覆蓋耐腐蝕高熵合金涂層。

優(yōu)選的，步驟S1中，Ti、Cr、Al、V和Si顆粒原料的純度至少為99％。

優(yōu)選的，步驟S1中，電弧熔煉前先抽取真空至0.01atm，再充入純氬氣至0.2atm，反復(fù)抽氣充氣過(guò)程3次后進(jìn)行電弧熔煉，電弧熔煉電流為500A。

優(yōu)選的，步驟S1中，研磨加工后得到濺射靶材直徑為57.16mm，厚度為5.68mm，且濺射靶材表面平整光亮呈銀白色。

優(yōu)選的，步驟S2中，將濺射靶材預(yù)鍍10min進(jìn)行表面氧化物的去除，預(yù)鍍射頻功率為100W，工作壓力為39.65Pa。

優(yōu)選的，步驟S3中，進(jìn)樣室和濺射室內(nèi)分別抽真空至真空度低于20Pa。

優(yōu)選的，步驟S4中，進(jìn)樣室真空度為10^-4Pa時(shí)，通入氬氣和氮?dú)?，所述氬氣和所述氮?dú)獾捏w積比為0.091:1，調(diào)節(jié)真空度為3-5Pa時(shí)，開(kāi)始對(duì)鎂合金基材表面進(jìn)行反濺射清洗，射頻功率為150W，工作壓力為90Pa，反濺射靶與鎂合金基材之間的距離為9cm。

優(yōu)選的，步驟S5中，濺射室真空度為5×10^-5Pa時(shí)，通入氬氣和氮?dú)?，所述氬氣和所述氮?dú)獾捏w積比為0.091:1，調(diào)節(jié)真空度為3-5Pa時(shí)，開(kāi)始對(duì)鎂合金基材表面進(jìn)行磁控濺射，射頻功率為150W，工作壓力為90Pa，濺射靶材與鎂合金基材之間的距離為9cm。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明應(yīng)用磁控濺射技術(shù)制備的鎂合金表面耐腐蝕高熵合金涂層具有涂層與基材結(jié)合力強(qiáng)，涂層致密孔隙率低，成分均勻且容易控制的優(yōu)點(diǎn)；可以避免因熱輸入產(chǎn)生的相變和氧化制備得到致密厚涂層，低溫高速的特性適用于鎂合金等敏感基體的腐蝕防護(hù)和尺寸恢復(fù)；制備得到的鎂合金表面耐腐蝕高熵合金涂層能夠在電化學(xué)和中性鹽霧腐蝕環(huán)境中對(duì)鎂合金基體提供長(zhǎng)效防護(hù)。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1提供的鎂合金表面耐腐蝕高熵合金涂層示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1提供的鎂合金表面耐腐蝕高熵合金涂層的微觀(guān)組織圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1提供的鎂合金表面耐腐蝕高熵合金涂層表面SEM圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1提供的鎂合金表面耐腐蝕高熵合金涂層橫截面SEM圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1

本發(fā)明實(shí)施例1提供一種鎂合金表面耐腐蝕高熵合金涂層，包括Ti、Cr、Al、V和Si元素，所述Ti、Cr、Al、V和Si元素之間的摩爾比為1:1:1:1:1。

具體的，鎂合金表面耐腐蝕高熵合金涂層的制備方法，包括以下步驟：

S1、將摩爾比為1:1:1:1:1的Ti、Cr、Al、V和Si顆粒原料進(jìn)行混合，所使用的顆粒原料至少純度為99％，將混合后的顆粒原料置于水冷銅模上，抽取真空至0.01atm，然后充入純氬氣使真空度至0.2atm，重復(fù)抽氣充氣過(guò)程三次后進(jìn)行電弧熔煉，其中，純氬氣能夠防止合金被氧化，電弧熔煉電流為500A，將溶解并冷卻的合金塊翻面再次進(jìn)行電弧熔煉，反復(fù)熔煉5次，確保所有合金元素均勻混煉后，將冷卻得到的合金塊研磨加工形成濺射靶材，濺射靶材直徑為57.16mm，厚度為5.68mm，且濺射靶材表面平整光亮，無(wú)斑點(diǎn)及針孔狀缺陷，呈銀白色；

S2、以100W的鍍射頻功率，39.65Pa的工作壓力下將S1中得到的濺射靶材預(yù)鍍10min，清潔濺射靶材，去除靶材表面氧化物；

S3、選用5mm厚度的AZ31鎂合金板材為鎂合金基材，并使用超聲波清洗鎂合金基材，將清洗后的鎂合金基材置于襯底托內(nèi)放入進(jìn)樣室，一次可放置6片鎂合金基材樣品；然后將進(jìn)樣室門(mén)鎖緊，關(guān)閉濺射室閘板閥，打開(kāi)進(jìn)樣室閘板閥，打開(kāi)機(jī)械泵，對(duì)進(jìn)樣室抽氣，當(dāng)真空度低于20Pa時(shí)，關(guān)閉進(jìn)樣室閘板閥，打開(kāi)濺射室閘板閥，濺射室內(nèi)抽真空，使真空度低于20Pa；

S4、利用機(jī)械手將鎂合金基材襯底托放置在進(jìn)樣室中的反濺射靶上，反濺射靶為專(zhuān)用清洗靶材，抽氣使進(jìn)樣室的真空度為10^-4Pa時(shí)，通入氬氣和氮?dú)猓ㄟ^(guò)質(zhì)量流量計(jì)調(diào)節(jié)氬氣和氮?dú)獾捏w積比為0.091:1，當(dāng)復(fù)合計(jì)熱偶規(guī)指針指到5Pa時(shí)，打開(kāi)RF電源，調(diào)節(jié)匹配電容C1和C2，將反射功率調(diào)至最小，反濺射靶材表面起輝，開(kāi)始對(duì)鎂合金基體表面反濺射清洗；

S5、反濺射清洗后，關(guān)閉RF電源，打開(kāi)進(jìn)樣室閘板閥繼續(xù)抽真空，當(dāng)進(jìn)樣室的真空度在10^-4Pa時(shí)，打開(kāi)閘板閥，將反濺射清洗過(guò)的樣品用磁力傳遞桿交接叉管取下后，將反濺射靶材降下，并將樣品翻轉(zhuǎn)180°，使樣品朝下，送入主濺射室，抽氣使濺射室的真空度為5×10^-5Pa時(shí)，通入氬氣和氮?dú)?，通過(guò)質(zhì)量流量計(jì)調(diào)節(jié)氬氣和氮?dú)獾捏w積比為0.091:1，當(dāng)復(fù)合計(jì)熱偶規(guī)指針指到3Pa時(shí)，打開(kāi)RF電源，調(diào)節(jié)匹配電容C1和C2，將反射功率調(diào)至最小，使得清潔后的濺射靶材表面起輝，對(duì)鎂合金基體表面進(jìn)行磁控濺射，使鎂合金基材表面完全覆蓋耐腐蝕高熵合金涂層。

將本實(shí)施例1中制備的鎂合金表面耐腐蝕高熵合金涂層進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)對(duì)涂層表面及橫截面的微觀(guān)組織進(jìn)行觀(guān)察，如圖1-圖4所示，本實(shí)施例1中制備的鎂合金表面耐腐蝕高熵合金涂層與鎂合金基材結(jié)合狀況良好，并且涂層組織致密孔隙率低，能夠?qū)︽V合金基材提供有效的防護(hù)。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。