一种镁合金表面耐腐蚀高熵合金涂层及其制备方法与流程

本发明涉及表面防护材料技术领域，更具体的涉及一种镁合金表面耐腐蚀高熵合金涂层及其制备方法。

背景技术：

镁合金材料比强度高，可回收利用且矿产资源丰富，在“海、陆、空、天”等许多工业领域都得到了广泛应用。然而这些领域所需的构件结构复杂且需要适应各种服役环境。镁合金材料性质活泼，特别是在腐蚀环境中很容易发生全面腐蚀或点蚀，形成的表面氧化膜疏松多孔致密性差，很难对基体产生保护作用。因此，获得镁合金表面成分均匀，结构稳定，组织致密，结合力强且耐腐蚀性能优良的保护涂层是提高基体镁合金基体腐蚀性能的关键因素。

表面工程可通过表面涂覆、表面改性或多种表面技术复合处理，在保留镁合金基体优异特性的同时，大幅提高镁合金耐蚀性能，节能、节材、环保。目前，用于镁合金表面腐蚀防护的方法主要有激光熔敷、气相沉积、微弧氧化、化学转化、等离子处理、热喷涂等。但上述方法存在膜层较薄、有环境污染或不适合镁合金这类高活性敏感基体等缺点。

技术实现要素：

本发明提供一种镁合金表面耐腐蚀高熵合金涂层及其制备方法，采用磁控溅射技术在镁合金基体上制备耐腐蚀高熵合金涂层，能够形成与基材结合力强，孔隙率低和成分均匀的防护涂层。

具体的，镁合金表面耐腐蚀高熵合金涂层，高熵合金涂层中包括Ti、Cr、Al、V和Si元素，所述Ti、Cr、Al、V和Si元素之间的摩尔比为1:1:1:1:1。

一种镁合金表面耐腐蚀高熵合金涂层的制备方法，包括以下步骤：

S1、将摩尔比为1:1:1:1:1的Ti、Cr、Al、V和Si颗粒原料进行电弧熔炼，反复电弧熔炼至少5次，使Ti、Cr、Al、V和Si颗粒原料均匀混炼，将混炼后的合金在模具中冷却，将冷却后的合金研磨加工后得到溅射靶材；

S2、清洁S1中得到的溅射靶材，去除靶材表面氧化物；

S3、使用超声波清洗镁合金基材，并将清洗后的镁合金基材置于衬底托内放入进样室，并对进样室和溅射室内分别抽真空；

S4、将镁合金基材衬底托放置在进样室中的反溅射靶上，向进样室中通入氩气和氮气，对镁合金基材表面进行反溅射清洗；

S5、将镁合金基材反转180°，将镁合金基材送入溅射室，调节溅射室真空度，利用清洁后的溅射靶材对镁合金基材表面进行磁控溅射，使镁合金基材表面完全覆盖耐腐蚀高熵合金涂层。

优选的，步骤S1中，Ti、Cr、Al、V和Si颗粒原料的纯度至少为99％。

优选的，步骤S1中，电弧熔炼前先抽取真空至0.01atm，再充入纯氩气至0.2atm，反复抽气充气过程3次后进行电弧熔炼，电弧熔炼电流为500A。

优选的，步骤S1中，研磨加工后得到溅射靶材直径为57.16mm，厚度为5.68mm，且溅射靶材表面平整光亮呈银白色。

优选的，步骤S2中，将溅射靶材预镀10min进行表面氧化物的去除，预镀射频功率为100W，工作压力为39.65Pa。

优选的，步骤S3中，进样室和溅射室内分别抽真空至真空度低于20Pa。

优选的，步骤S4中，进样室真空度为10^-4Pa时，通入氩气和氮气，所述氩气和所述氮气的体积比为0.091:1，调节真空度为3-5Pa时，开始对镁合金基材表面进行反溅射清洗，射频功率为150W，工作压力为90Pa，反溅射靶与镁合金基材之间的距离为9cm。

优选的，步骤S5中，溅射室真空度为5×10^-5Pa时，通入氩气和氮气，所述氩气和所述氮气的体积比为0.091:1，调节真空度为3-5Pa时，开始对镁合金基材表面进行磁控溅射，射频功率为150W，工作压力为90Pa，溅射靶材与镁合金基材之间的距离为9cm。

本发明具有以下有益效果：

本发明应用磁控溅射技术制备的镁合金表面耐腐蚀高熵合金涂层具有涂层与基材结合力强，涂层致密孔隙率低，成分均匀且容易控制的优点；可以避免因热输入产生的相变和氧化制备得到致密厚涂层，低温高速的特性适用于镁合金等敏感基体的腐蚀防护和尺寸恢复；制备得到的镁合金表面耐腐蚀高熵合金涂层能够在电化学和中性盐雾腐蚀环境中对镁合金基体提供长效防护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的镁合金表面耐腐蚀高熵合金涂层示意图；

图2为本发明实施例1提供的镁合金表面耐腐蚀高熵合金涂层的微观组织图；

图3为本发明实施例1提供的镁合金表面耐腐蚀高熵合金涂层表面SEM图；

图4为本发明实施例1提供的镁合金表面耐腐蚀高熵合金涂层横截面SEM图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明实施例1提供一种镁合金表面耐腐蚀高熵合金涂层，包括Ti、Cr、Al、V和Si元素，所述Ti、Cr、Al、V和Si元素之间的摩尔比为1:1:1:1:1。

具体的，镁合金表面耐腐蚀高熵合金涂层的制备方法，包括以下步骤：

S1、将摩尔比为1:1:1:1:1的Ti、Cr、Al、V和Si颗粒原料进行混合，所使用的颗粒原料至少纯度为99％，将混合后的颗粒原料置于水冷铜模上，抽取真空至0.01atm，然后充入纯氩气使真空度至0.2atm，重复抽气充气过程三次后进行电弧熔炼，其中，纯氩气能够防止合金被氧化，电弧熔炼电流为500A，将溶解并冷却的合金块翻面再次进行电弧熔炼，反复熔炼5次，确保所有合金元素均匀混炼后，将冷却得到的合金块研磨加工形成溅射靶材，溅射靶材直径为57.16mm，厚度为5.68mm，且溅射靶材表面平整光亮，无斑点及针孔状缺陷，呈银白色；

S2、以100W的镀射频功率，39.65Pa的工作压力下将S1中得到的溅射靶材预镀10min，清洁溅射靶材，去除靶材表面氧化物；

S3、选用5mm厚度的AZ31镁合金板材为镁合金基材，并使用超声波清洗镁合金基材，将清洗后的镁合金基材置于衬底托内放入进样室，一次可放置6片镁合金基材样品；然后将进样室门锁紧，关闭溅射室闸板阀，打开进样室闸板阀，打开机械泵，对进样室抽气，当真空度低于20Pa时，关闭进样室闸板阀，打开溅射室闸板阀，溅射室内抽真空，使真空度低于20Pa；

S4、利用机械手将镁合金基材衬底托放置在进样室中的反溅射靶上，反溅射靶为专用清洗靶材，抽气使进样室的真空度为10^-4Pa时，通入氩气和氮气，通过质量流量计调节氩气和氮气的体积比为0.091:1，当复合计热偶规指针指到5Pa时，打开RF电源，调节匹配电容C1和C2，将反射功率调至最小，反溅射靶材表面起辉，开始对镁合金基体表面反溅射清洗；

S5、反溅射清洗后，关闭RF电源，打开进样室闸板阀继续抽真空，当进样室的真空度在10^-4Pa时，打开闸板阀，将反溅射清洗过的样品用磁力传递杆交接叉管取下后，将反溅射靶材降下，并将样品翻转180°，使样品朝下，送入主溅射室，抽气使溅射室的真空度为5×10^-5Pa时，通入氩气和氮气，通过质量流量计调节氩气和氮气的体积比为0.091:1，当复合计热偶规指针指到3Pa时，打开RF电源，调节匹配电容C1和C2，将反射功率调至最小，使得清洁后的溅射靶材表面起辉，对镁合金基体表面进行磁控溅射，使镁合金基材表面完全覆盖耐腐蚀高熵合金涂层。

将本实施例1中制备的镁合金表面耐腐蚀高熵合金涂层进行检测，通过对涂层表面及横截面的微观组织进行观察，如图1-图4所示，本实施例1中制备的镁合金表面耐腐蚀高熵合金涂层与镁合金基材结合状况良好，并且涂层组织致密孔隙率低，能够对镁合金基材提供有效的防护。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。