[发明专利]一种具有抗菌和耐腐蚀性能的硬质陶瓷涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有抗菌和耐腐蚀性能的硬质陶瓷涂层，涂层的组成为Zr_xCu_yAl_zN_{100‑x‑y‑z}，x＝39.1～45.1，y＝17.5～18.8，z＝4.8～7.2，x，y，z为原子比，其中，Cu为非晶结构且以Cu⁺形式存在，涂层由ZrN晶相和非晶相两相复合而成。本发明还公开了上述硬质陶瓷涂层的制备方法，采用物理气相磁控溅射法制备，具体包括：基体清洗、连接电源、涂层沉积，得到的涂层硬度高，结合力好，易释放出杀菌物质，耐腐蚀性强，能够为物件提供有效的抗菌和耐腐蚀防护。

技术领域

本发明属于防护涂层领域，具体涉及一种具有抗菌和耐腐蚀性能的硬质陶瓷涂层及其制备方法。

背景技术

物理气相沉积涂层，简称PVD涂层，因其可具有良好的耐磨性、高硬度、高结合力而被广泛用做防护涂层，以提高部件的服役寿命，但随着人们生活水平的提高，人们对涂层的防护性能的要求也越来越高，在日常生活中，家居环境的清洁问题越来越受到人们的重视，人们不仅仅要求涂层具有优异的耐腐蚀性能，还需要涂层具有较好的抗菌性能。

而人类居所中的厨房、卫浴等环境，因其温度、湿度和酸碱度的变化，是最易滋生细菌和也最易被腐蚀的地方，同时厨房、卫浴空间太小，导致家电、家具清洁也十分困难，通过所述空间及产品的表面使用抗菌且耐腐蚀的涂层或涂料，显得即经济又环保。

但是现有技术中大多都是涂覆抗菌涂料。抗菌涂料由于自身的特点，存在附着力差、耐磨性低、表面光滑度低的不足，影响家装的美观；也有部分文献研究了利用物理气相(PVD)沉积技术在基材表面沉积抗菌膜层。

中国专利申请CN102851666A公开了一种具有长期的抗菌、抑菌效果的一种镀有铜层基材上的复合抗菌镀层的表面处理方法，具体包括：先对已进行电镀酸铜后的基材表面进行清洗与表面活化处理；再对基材进行电镀半光镍层、电镀抗菌镍层；最后对基材进行物理气相(PVD)沉积多层抗菌金属膜层。其利用多层镀膜，使卫浴、门用五金、购物车等产品表面形成抗菌保护，其抗菌性能优良，但是保护层的硬度以及耐腐蚀性能都很差，不能适用于实际生活生产中。

中国专利申请CN2786146Y公开了一种表面抗菌耐磨制品，其通过物理气相沉积技术在基材表面上镀有含有银或铜或银铜复合物的硬质膜，物理气相沉积中所采用的靶材一种是耐磨金属靶材钛、铬、铝或锆，另一种是抗菌靶材银、铜或银、铜复合物；所得到的制品表面硬度达到Hv1800 以上，抗菌效果达到GB15979-2002标准，抗菌率99～99.99％，外观长时间不发生变化，可长期保持抗菌能力。同样地，所述保护层没有耐腐蚀性能，防护范围较小。

发明内容

本发明目的在于提供了一种具有抗菌和耐腐蚀性能的硬质陶瓷涂层，通过控制涂层成分和结构，使得到的涂层硬度高，结合力好，易释放出杀菌物质，耐腐蚀性强，能够为物件提供有效的抗菌和耐腐蚀防护。

本发明的技术方案如下：

一种具有抗菌和耐腐蚀性能的硬质陶瓷涂层，所述硬质陶瓷涂层的组成为Zr_xCu_yAl_zN_100-x-y-z，x＝39.1～45.1，y＝17.5～18.8，z＝4.8～7.2，其中x，y， z为原子比，其中，Cu为非晶结构且以Cu⁺形式存在，硬质陶瓷涂层由 ZrN晶相和非晶相两相复合而成。

所述的Cu⁺形式表示硬质陶瓷涂层中Cu元素以+1价存在。

本发明通过对涂层成分和工艺进行设计，形成了次元ZrN晶粒均匀的分布在主元非晶相中的两相复合Zr-Cu-Al-N涂层结构，且Cu元素在所述涂层中以Cu⁺形式和非晶结构存在，Cu以非晶结构存在，利于Cu⁺的释放，更好的起到了杀菌的作用。