[发明专利]一种适用于海洋环境下钛合金耐磨损、抗菌复合涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种适用于海洋环境下钛合金耐磨损、抗菌复合涂层，复合涂层的结构由内至外依次为微弧氧化陶瓷层和高熵合金氮化物层，该复合涂层具有良好的膜基结合力，能改善钛合金在海洋环境下的抗菌和耐磨性能，促进其在深海和远海领域的应用；本发明还提供了上述复合涂层的制备方法，在其表面首先利用微弧氧化技术引入微弧氧化陶瓷层作为过渡层，然后在该过渡层表面通过磁控溅射制备Cu‑(AlSiTiCrNbV)N薄膜，形成具有优异性能的Cu‑TiO₂/Cu‑(AlSiTiCrNbV)N复合涂层，制备过程易于控制，工艺简单、环保、涂层结构可控，复合涂层的性能优良，可以大大提高涂层与基体的结合强度、硬度、耐磨性和抗菌性。

技术领域

本发明属于海洋环境下钛合金涂层材料技术领域，涉及一种适用于海洋环境下钛合金耐磨损、抗菌复合涂层及其制备方法。

背景技术

海洋是21世纪世界政治、经济和军事竞争的制高点，应用于海洋领域的材料是增强海域防护及深海探索的基础。钛合金是应用最广泛的海洋材料之一，因其轻质、高强、耐磨耐蚀性好而成为备受瞩目的海洋工程轻量化结构材料，对提高海洋工程装备的作业能力、安全性、可靠性及战术水平具有十分重要的意义。但是，钛合金应用在深海，远海条件下面临着更恶劣的环境，这对钛合金的防护性能提出了更加苛刻的要求。其中，钛合金表面改性是一项对于提高钛合金防护性能的有效方法，这对钛合金在海洋环境中的高效运用至关重要。

高熵合金又称多主元合金，由5种以上金属元素或非金属元素进行等摩尔配比制备，由于其具有高硬度、高塑型、高耐磨性、耐高温、耐腐蚀等众多优点已成为合金表面改性材料的研究方向之一。目前，合金的表面改性手段主要有磁控溅射技术、电化学沉积、热喷涂法等制备高熵合金薄膜。磁控溅射技术是一种优良的表面改性的方法，具有沉积速度快，膜层纯度高，溅射靶材范围广，膜层均匀性高等特点，成为钛合金表面改性应用较广的一种手段。

然而，由于高熵合金薄膜具有高残余应力，易引起薄膜开裂、剥落和失效，因而限制膜层生长，造成膜基结合力下降，严重制约了其作为耐磨涂层材料的广泛应用，尤其是在化学活性高、硬度低的“软基体”材料表面，例如钛和钛合金基体表面，提升膜基结合力，制备具有优良性能的薄膜难度也将更大。因此，在海洋环境下如何通过表面改性增强钛合金基体与薄膜的膜基结合力，增强其耐磨性能和抗菌性能是促进钛合金材料在海洋领域中应用的重要课题。

发明内容

本发明旨在提供一种适用于海洋环境下钛合金耐磨损、抗菌复合涂层，复合涂层的结构由内至外依次为微弧氧化陶瓷层和高熵合金氮化物层，微弧氧化陶瓷层成分为Cu-TiO₂，高熵合金氮化物层成分为Cu-(AlSiTiCrNbV)N，该复合涂层具有良好的膜基结合力，能够改善钛合金在海洋环境下的抗菌和耐磨性能，促进其在深海和远海领域的应用；

本发明还提供了一种适用于海洋环境下钛合金耐磨损、抗菌复合涂层的制备方法，在其表面首先利用微弧氧化技术引入微弧氧化陶瓷层作为过渡层，然后在该过渡层表面通过磁控溅射制备Cu-(AlSiTiCrNbV)N薄膜，形成具有优异性能的Cu-TiO₂/Cu-(AlSiTiCrNbV)N复合涂层，制备过程易于控制，工艺简单、环保、涂层结构可控，复合涂层的性能优良。

本发明的技术方案如下：

一种适用于海洋环境下钛合金耐磨损、抗菌复合涂层，所述复合涂层的结构由内至外依次为微弧氧化陶瓷层和高熵合金氮化物层，所述微弧氧化陶瓷层成分为Cu-TiO₂，所述高熵合金氮化物层成分为Cu-(AlSiTiCrNbV)N。

作为本发明的一种限定，所述微弧氧化陶瓷层的厚度为10～15μm，表面孔径≤1000nm；所述高熵合金氮化物层厚度为300～1000nm。