[发明专利]一种电子束物理气相沉积微米多层复合膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种电子束物理气相沉积微米多层复合膜，包括金属过渡层和陶瓷层，陶瓷层为9wt％Y₂O₃稳定的ZrO₂；金属过渡层为镍基合金。其制备方法为，首先，对20CrNi₃A基板进行预处理，之后清洗实验设备，将基板表面抛光，并在丙酮中超声波清洗，将NiCoCrAl靶材和YSZ靶材分别放置于两个坩埚内，再将基板加热至500℃，预热时间为60min，同时将真空度调至10^‑3～10^‑2Pa，最后，采用两把电子枪交替蒸发NiCoCrAl靶材和YSZ靶材沉积微米多层复合膜。采用本方法制备的膜层均匀致密，具有较低的摩擦系数及高的耐磨性。

技术领域

本发明属于膜材料制备技术领域，具体涉及一种电子束物理气相沉积微米多层复合膜，还涉及该微米多层复合膜的制备方法。

背景技术

微米多层复合膜能够综合陶瓷材料和金属材料的优点，具有较高的强度和韧性，通常的金属/陶瓷叠层材料间热膨胀系数相差很大，会在这些叠层材料中引入很大的热应力，造成材料在使用过程中容易失效和破坏。采用电子束物理气相沉积设备，通过工艺调整，制备微米多层复合膜，微米多层复合膜的微陶层通常具有柱状晶结构，应变容限大，能在一定程度上跟随金属层的收缩和膨胀，从而能够大大提高金属/陶瓷叠层材料的冲击性和使用寿命，但金属层柱状晶结构会严重损害膜层的强度。

中国专利《一种高温合金表面抗高温氧化及阻止第二次反应区形成的粘结层及其制备方法》(申请号：201010034157.8，公开号：CN101746090A，公开日：2010.06.23)公开了采用电镀的方法在金属基体上电镀一层Ru，然后采用电子束气相沉积的方法沉积上一层MCrAlYHf层，能够阻挡基体与层之间元素的互扩散，提高膜层性能，但所制层含有柱状晶结构会严重损害膜层的强度，影响膜层的综合性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种电子束物理气相沉积微米多层复合膜，所制备的膜层均匀致密，具有较低的摩擦系数及高的耐磨性。

本发明的另一目的是提供上述微米多层复合膜的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，一种电子束物理气相沉积微米多层复合膜，包括金属过渡层和陶瓷层，陶瓷层为9wt％Y₂O₃稳定的ZrO₂；金属过渡层为镍基合金，其中Co含量为14％～16％，Cr含量为13％～15％，A1含量为1％～5％，余量为Ni，以上组分质量百分比之和为100％。

本发明所采用的另一技术方案是，一种电子束物理气相沉积微米多层复合膜的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，对20CrNi₃A基板进行预处理；

步骤2，用目数为1200的细砂纸打磨载物台表面的异物，之后用蘸有无水乙醇的棉花擦拭真空室中载物台表内面、坩埚以及放置坩埚的凹槽，直至无明显脏痕，最后，使用蘸有无水乙醇的棉花擦拭真空室四壁，去除污染物；

步骤3，经步骤2后，将基板表面抛光至表面光洁度小于0.35um，之后并在丙酮中超声波清洗10min～15min，吹干后连接到位于工作室中的旋转轴上，将NiCoCrAl靶材和YSZ靶材分别放置于两个坩埚内，最后将工作室中的真空度调至10^-3Pa～10^-2Pa；

步骤4，经步骤3后，将基板加热至500℃，预热时间为60min，排放基板上所吸附的气体，保证蒸发过程中具有较高的真空度，同时将真空度调至10^-3～10^-2Pa；

步骤5，经步骤4后，采用两把电子枪交替蒸发NiCoCrAl靶材和YSZ靶材沉积微米多层复合膜。

本发明的特点还在于，