[发明专利]一种可调控的Ti-Al-C系MAX相涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种可调控的Ti‑Al‑C系MAX相涂层的制备方法，包括：以Ti‑Al复合靶作为溅射靶，以碳氢气体作为反应气源，所述的碳氢气体的流量为5‑12sccm，采用直流磁控溅射，对清洁后的基体表面溅射得到Ti‑Al‑C涂层，将所述的Ti‑Al‑C涂层加热到600‑700℃，保温60‑180min得到Ti‑Al‑C系MAX相涂层。该方法能够简单、高效的调控不同的Ti‑Al‑C系MAX相，同时能够降低热处理温度。

技术领域

本发明涉及表面处理技术领域，具体为一种可调控的Ti-Al-C系MAX相涂层的制备方法。

背景技术

MAX相材料是一大类热力学稳定、具有密排六方结构的层状高性能陶瓷金属材料，通式为M_n+1AX_n，其中M位为早期过渡金属元素，包括Ti、Cr等，A位通常为元素周期表中ⅢA或ⅣA族元素，像Al、Si等，X位元素为C或N，可以理解为由单层A原子分割的金属碳化物或金属氮化物纳米层状化合物。

一般来说，M-X以强的共价键和离子键结合，而M-A依靠相对较弱的金属键结合。这种独特的层状结构和成键方式，使MAX相兼具金属和陶瓷的优异性能，如优异的机械稳定性、高硬度，热震耐受好，强的耐蚀性和高温抗氧化性，良好的电导率和热导率，以及自愈合特性和可加工性等，在核能、海洋、航空航天、汽车、生物医药等高技术领域具有广泛的应用。

在通式M_n+1AX_n中，n值表示MAX相晶体结构中每两层A原子之间M原子的层数为n+1，目前大多数已知的MAX相材料n值主要有1、2、3，根据n值的不同将MAX相分为211，312，413相。其中典型的含Al的MAX相材料通过形成保护性Al₂O₃层而表现出显著的抗高温氧化和抗腐蚀性能，最具代表的Ti-Al-C体系和Cr-Al-C体系中又以Ti-Al-C化合物与Al₂O₃的热膨胀系数相近成为不锈钢、钛合金、镍基高温合金等基体的合适的防护涂层。

Ti-Al-C系MAX相包括211相的Ti₂AlC和312相的Ti₃AlC₂两种，两者具有相似的成键特征和能带结构，性能相近。目前，Ti₂AlC和Ti₃AlC₂的主要制备方法为物理气相沉积(PVD)技术中的阴极电弧溅射或者磁控溅射，由于相对复杂的MAX相长c轴晶体结构的合成需要足够的扩散率来划分元素，所以两者的成相需要高的热处理温度(800-1000℃)，Ti₃AlC₂因为更长的c轴，成相温度要更高。

如何在较低温度下实现211相和312相的制备，使得Ti-Al-C系MAX相对于不同类型基材有更强的适应性，以及基于需求如何调控Ti-Al-C系MAX的不同相是亟需解决的问题。

发明内容

本发明提供一种可调控的Ti-Al-C系MAX相涂层的制备方法，该方法能够简单、高效的调控不同的Ti-Al-C系MAX相，同时能够降低热处理温度。

一种可调控的Ti-Al-C系MAX相涂层的制备方法，包括：

以Ti-Al复合靶作为溅射靶，以碳氢气体作为反应气源，所述的碳氢气体的流量为5-12sccm，持续通入惰性气体，采用直流磁控溅射，对清洁后的基体表面溅射得到Ti-Al-C涂层，将所述的Ti-Al-C涂层加热到600-700℃，保温60-180min得到Ti-Al-C系MAX相涂层。

进一步的，所述的碳氢气体的流量为5-8sccm，得到Ti-Al-C系MAX相为211相。

进一步的，所述的碳氢气体的流量为9-12sccm，得到Ti-Al-C系MAX相为312相。

进一步的，所述碳氢气体为乙炔或甲烷。