一種耐腐蝕涂層及其制備方法和應用技術

本發明專利技術提供了一種耐腐蝕涂層及其制備方法和應用，該耐腐蝕涂層包括TaC

【技術實現步驟摘要】
一種耐腐蝕涂層及其制備方法和應用


[0001]本專利技術涉及涂層防護
，具體涉及一種耐腐蝕涂層及其制備方法和應用。

技術介紹

[0002]金屬及合金是非常重要的工程材料，在工業領域中起到不可替代的作用，是人類社會發展的重要驅動力之一。其中鈦合金因具有質量輕、比強度高、耐蝕性較好等特性，在航空航天、海洋工程、生物醫療等領域得到廣泛的應用。
[0003]在國家大力實施海洋戰略、建設海洋強國的進程中，海洋裝備的發展和海洋工程的建設離不開鈦合金材料的支撐和保障。然而，即使是耐蝕性較好的鈦合金材料，由于長期與海水、海霧接觸，不可避免的也會受到腐蝕，特別是經長期使用，往往出現嚴重腐蝕的情形，維護維修成本高；同時因海洋裝備不同服役地區的溫度、日照、降雨降雪等的不同，金屬及合金表面也會產生積水和積雪，造成結冰結霜與腐蝕等問題，這些都大大縮短了金屬及合金材料的服役年限，增加了維護維修成本，甚至還可能造成災難性事故的發生，危及生命和財產安全。
[0004]有鑒于此，確有必要提供一種解決上述問題的技術方案。

技術實現思路

[0005]本專利技術的目的之一在于：針對現有技術的不足，提供一種耐腐蝕涂層，以解決目前金屬或合金等材料的耐蝕性仍無法有效適應海洋環境的問題。
[0006]為了實現上述目的，本專利技術采用以下技術方案：一種耐腐蝕涂層，包括TaC
?
Si涂層，所述TaC
?
Si涂層由TaC和固溶于TaC中的Si原子組成。
[0007]優選的，按原子百分比計，所述TaC
?
Si涂層包括37at.%~56at.%的Ta原子、31at.%～42at.%的C原子和2at.%～32at.%的Si原子。
[0008]優選的，按原子百分比計，所述TaC
?
Si涂層包括45at.%~56at.%的Ta原子、33at.%～42at.%的C原子和2at.%～25at.%的Si原子。
[0009]優選的，所述TaC
?
Si涂層的厚度為1~3μm。
[0010]本專利技術的目的之二在于：提供一種耐腐蝕涂層的制備方法，包括以下步驟：采用磁控濺射沉積技術，將TaC靶材和Si靶材共濺射于基底的至少一表面，得TaC
?
Si涂層，完成耐腐蝕涂層的制備。
[0011]優選的，共濺射之前先對TaC靶材和Si靶材進行預濺射，預濺射步驟為：關閉TaC靶材和Si靶材的擋板，在Ar氣氛圍下，對TaC靶材和Si靶材進行預濺射，其中，Ar的氣體流量為60~80 sccm，預濺射的氣壓為0.6~1.0 Pa，TaC靶材和Si靶材的預濺射電流均為0.1~0.5A，預濺射時間為5~10min。
[0012]優選的，所述TaC靶材中Ta和C的原子百分比含量的比值為1~1.5。
[0013]優選的，共濺射的步驟為：真空條件下，打開TaC靶材和Si靶材的擋板，在Ar氣氛圍
下進行共濺射，其中，Ar的氣體流量為60~80 sccm，共濺射的氣壓為0.6~1.0 Pa，基底的偏壓為
?
60~
?
200V，基底的溫度為25~100℃，TaC靶材的濺射電流為0.1~0.5A，Si靶材的濺射電流為0.1~0.5A。
[0014]優選的，共濺射中，真空條件為不高于5
×
10
?4Pa，TaC靶材與基底之間的距離為60~100mm，Si靶材與基底之間的距離為60~100mm，TaC靶材和Si靶材均采用直流電源控制濺射電流，共濺射時間為60~300min；共濺射后，抽真空至5
×
10
?4Pa以下，并保持在真空條件下冷卻至50℃以下，得到TaC
?
Si涂層。
[0015]優選的，所述基底為硅片、Ti
?
6Al
?
4V片、不銹鋼片中的至少一種；所述基底為經清洗并烘干后的基底。
[0016]本專利技術的目的之三在于：提供一種上述所述的耐腐蝕涂層或上述所述的耐腐蝕涂層的制備方法制得的耐腐蝕涂層在海洋裝備中的應用。
[0017]本專利技術的有益效果在于：本專利技術提供的TaC
?
Si涂層，包括TaC和Si原子，Si原子固溶到TaC晶體結構中形成Ta（Si，C）固溶體，將其作為耐腐蝕涂層，涂層致密，可減少腐蝕粒子的腐蝕通道，而且含有的Si原子同樣具有改善涂層的耐腐蝕性能的優點，因此將該涂層附著于金屬或合金等材料表面，可有效改善目前金屬或合金等材料在應用時易被海水腐蝕的問題，提升其服役年限。
附圖說明
[0018]圖1為本專利技術實施例1、實施例3~4的XRD圖。
[0019]圖2為本專利技術實施例1和實施例4的HRTEM圖，其中（a）為實施例1的HRTEM圖，（b）為實施例4的HRTEM圖。
[0020]圖3為本專利技術實施例1~5和對比例1的電化學腐蝕對比圖。
[0021]圖4為本專利技術實施例1~5和對比例1的水接觸角對比圖。
具體實施方式
[0022]為使本專利技術的技術方案和優點更加清楚，下面將結合具體實施方式對本專利技術及其有益效果作進一步詳細的描述，但本專利技術的實施方式不限于此。
[0023]本專利技術第一方面旨在提供一種耐腐蝕涂層，包括TaC
?
Si涂層，所述TaC
?
Si涂層由TaC和固溶于TaC中的Si原子組成。
[0024]碳化鉭TaC為立方相晶系，具有高硬度、高熔點、化學穩定性好等特點，本專利技術在TaC中引入了Si原子，Si原子固溶到TaC晶體結構中形成Ta（Si，C）固溶體，可使得TaC
?
Si涂層結構致密，減少了腐蝕粒子的腐蝕通道，涂層的耐腐蝕性得到增強，進而有效保護了基底，附著本專利技術涂層的基底可在海洋等多種惡劣環境中長時間穩定使用。其中，固溶體是指溶質原子溶入溶劑晶格中而仍保持溶劑類型的合金相，本專利技術以Si原子為溶質原子，固溶進TaC晶體結構后TaC仍保持其穩定的合金相。
[0025]另外，TaC
?
Si涂層中Si還可與C形成疏水的Si
?
C鍵，提高疏水角，受該涂層的保護，基底（如金屬或合金等）的表面也不易積水積雪，進一步提升了基底材料的服役年限。
[0026]在一些實施方式中，按原子百分比計，所述TaC
?
Si涂層包括37at.%~56at.%的Ta原子、31at.%～42at.%的C原子和2at.%～32at.%的Si原子。
[0027]專利技術人發現，將其中的Ta、C和Si含量調控在上述范圍內，Si原子固溶到TaC晶體結構中形成Ta（Si，C）固溶體，涂層更加致密均勻，能進一步減少腐蝕粒子的腐蝕通道，耐腐蝕性更好。
[0028]優選的，按原子百分比計，所述TaC
?
Si涂層包括45at.%~56at.%的Ta原子、33at.%～42at.%的C原子和2at.本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種耐腐蝕涂層，其特征在于，包括TaC
?
Si涂層，所述TaC
?
Si涂層由TaC和固溶于TaC中的Si原子組成。2.根據權利要求1所述的耐腐蝕涂層，其特征在于，按原子百分比計，所述TaC
?
Si涂層包括37at.%~56at.%的Ta原子、31at.%～42at.%的C原子和2at.%～32at.%的Si原子；優選的，按原子百分比計，所述TaC
?
Si涂層包括45at.%~56at.%的Ta原子、33at.%～42at.%的C原子和2at.%～25at.%的Si原子。3.根據權利要求1或2所述的耐腐蝕涂層，其特征在于，所述TaC
?
Si涂層的厚度為1~3μm。4.一種耐腐蝕涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：采用磁控濺射沉積技術，將TaC靶材和Si靶材共濺射于基底的至少一表面，得TaC
?
Si涂層，完成耐腐蝕涂層的制備。5.根據權利要求4所述的耐腐蝕涂層的制備方法，其特征在于，共濺射之前先對TaC靶材和Si靶材進行預濺射，預濺射步驟為：關閉TaC靶材和Si靶材的擋板，在Ar氣氛圍下，對TaC靶材和Si靶材進行預濺射，其中，Ar的氣體流量為60~80 sccm，預濺射的氣壓為0.6~1.0 Pa，TaC靶材和Si靶材的預濺射電流均為0.1~0.5A，預濺射時間為5~10min。6.根據權利要求4所述的耐腐蝕涂層的制備方法，其特征在于，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：杜蘇軒，趙志偉，霍彩霞，高明森，華朋濤，賈藝豪，李愛軍，
申請(專利權)人：河南工業大學中材碳纖維浙江有限公司，
類型：發明
國別省市：