[发明专利]一种异质多层结构的超厚碳基复合涂层及其制法与应用

说明书

本发明公开了一种异质多层结构的超厚碳基复合涂层及其制法与应用。所述超厚碳基复合涂层包括依次形成于基体表面的过渡层和交替层叠层，其中，所述交替层叠层由异质结构层和非晶碳层交替层叠形成，所述异质结构层包括MeC层、MeN层、MeCN层中的任意一种或两种以上的组合，Me选自Cr、Ti或W；所述超厚碳基复合涂层的最外层为非晶碳层。本发明制备的异质多层结构的超厚碳基复合涂层除了具有优异的力学性能、摩擦磨损性能外，还具有很好的耐腐蚀防护性能，能够应用于海洋环境中具有长寿命和防腐要求的运动部件上。

技术领域

本发明属于材料表面防护领域，具体一种异质多层结构的超厚碳基复合涂层及其制法与应用。

背景技术

由于海洋环境具有高盐、高温、高湿的特点，在海洋环境中服役的各种金属结构和工程设备容易遭受化学腐蚀、电化学腐蚀、空泡腐蚀和海洋生物腐蚀。金属材料在海洋环境中的防腐一直是研究人员关注的焦点和研究热点，对材料表面进行保护已成为提高海洋环境服役材料使用寿命的主要手段。

物理气相沉积方法制备的碳基涂层因其具有优异的摩擦学性能和化学惰性受到大量的关注。有人制备了掺杂硅的碳基涂层，由于其致密的涂层结构防止氯离子攻击，具有较好的耐腐蚀性。一些研究人员认为，掺杂剂通过在表面形成惰性氧化物化合物，改变了碳基涂层的钝化行为，从而提高了耐腐蚀性。但涂层沉积过程中因为内应力的存在使得这些涂层厚度较薄，一般在2～5μm左右，致使其优异的减摩耐磨特性难以长时间服役，且承载能力也受到较大的制约。同时，传统的非晶碳基薄膜界面结构单一，其单层或双层结构的结合力也比较低，在高剪切应力作用下难以维持低磨损率，而且简单的单层双层结构难以有效避免涂层内部的贯穿孔隙，导致氯离子能够轻松的穿透涂层接触基体，不能很好的起到耐腐蚀的作用，从而使得涂层的服役寿命大大降低。超厚涂层因制备难度大、沉积效率低等原因而导致研究较少。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种异质多层结构的超厚碳基复合涂层及其制法与应用，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种异质多层结构的超厚碳基复合涂层，其包括依次形成基体表面的过渡层和交替层叠层，其中，所述交替层叠层由异质结构层和非晶碳层交替层叠形成，所述异质结构层包括MeC层、MeN层、MeCN层中的任意一种或两种以上的组合，Me选自Cr、Ti或W；所述超厚碳基复合涂层的最外层为非晶碳层。

本发明实施例还提供了前述的异质多层结构的超厚碳基复合涂层的制备方法，其包括：

提供基体；

采用磁控溅射技术在所述基体表面沉积形成过渡层；

以及，采用磁控溅射技术、离子源辅助化学气相沉积技术在所述过渡层表面沉积交替层叠层，直至形成所述异质多层结构的超厚碳基复合涂层。

本发明实施例还提供了前述的异质多层结构的超厚碳基复合涂层于海洋环境下金属运动部件表面防护领域中的用途。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明提供的异质多层结构的超厚碳基复合涂层通过异质结构层与非晶碳层的交替沉积，有效降低了涂层的内应力，使涂层厚度可以达到10微米以上，且超厚的多层结构能够有效避免涂层内部的贯穿孔隙，有效阻挡氯离子穿透涂层进入基体，很好的起到耐腐蚀的作用，从而大大增加涂层的服役寿命；

(2)本发明制备的异质多层结构的超厚碳基复合涂层除了具有优异的力学性能、摩擦磨损性能外，还具有很好的耐腐蚀防护性能，能够应用于海洋环境中具有长寿命和防腐要求的运动部件上。

附图说明