CN109440065A - 一种镁合金表面钨化钼纳米级耐蚀薄膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种钨化钼耐蚀薄膜的制备方法，包括：1）将镁合金置于气氛炉中，控制气氛炉炉温160~200℃，保温1~2小时；2）磁控溅射工作腔抽至背底真空度为2×10‑7 Torr，溅射气体为氩气且溅射时真空度不低于3×10‑3 Torr；调节Mo和W溅射电压在300~500V，控制薄膜中Mo1‑xWx中X值在0.2~0.8之间；镁合金待镀件转动速度为6RPM；控制溅射时间在20min~1500min，直至薄膜厚度达设计要求。本发明制作操作简单、易于实现工艺控制自动化大规模连续生产；制备的Mo1‑XWX(0.2<X<0.8)耐蚀薄膜，可显著提高镁金属耐蚀性，薄膜质量好，与基体结合牢固，对人体无毒、无害。

Description

一种镁合金表面钨化钼纳米级耐蚀薄膜的制备方法
技术领域
本发明属于金属表面改性处理技术领域，特别涉及金属材料的耐蚀涂层设计、制备。
背景技术
金属材料具有良好的导电性、导热性、耐磨性、韧性、强度等特性，在许多领域中都得到了广泛应用。但金属大多具有活泼的反应特点，在普通大气下或与腐蚀介质发生接触时，会发生化学或是电化学反应，导致腐蚀现象发生，材料发生损伤或破坏，影响材料性能的发挥，严重时还会引发事故，造成资源和能源的极大浪费。因此，需要做好金属材料的防腐工作，更好的发挥出金属材料的性能，确保其使用安全性。近年来，随着表面改性技术的发展，出现许多实用化的提高金属耐蚀性技术和涂层。如转化膜[J. M. Ferreira Jr, etal. Corrosion Science, 2018, 137, 13-32]、阳极氧化膜[J. Wang, et al. Surface &Coatings Technology, 2018, 338, 14-21]、溶胶-凝胶工艺[J. Gąsiorek, A.Szczurek, et al. Materials, 2018, 11:197]、真空蒸发沉积法[J. Q. Liu, Y. J.Cao, et al. Transactions of Materials & Heat Treatment, 2017, 38:159-166.]和电镀法[F. F. Xia, W. C. Jia, Applied Surface Science, 2018 , 434: 228-233.]等。然而当前的一些表面改性技术仍有一定局限性，如：转化膜的耐磨性与抗划伤能力很差、阳极氧化膜需要进行表面封孔处理、溶胶-凝胶工艺上依然存在许多实际问题、真空蒸发沉积薄膜生长形态控制复杂、电镀污染环境等。现有表面改性的技术一般只能适应一种或几种耐蚀薄膜的制备；且耐蚀层的厚度均匀性、组分控制精确性、致密性差；在工业生产中对于工件三维阶梯覆盖度低。镁的标准电极电位低（-2.36Vsce），且反应活性强，所以极易发生腐蚀；其腐蚀产物膜往往疏松多孔（PBR=0.81），难以阻挡腐蚀过程的快速进行，所以腐蚀进程极快，相比其他金属材料，其腐蚀状况更为严重，其对耐蚀薄膜的设计及制备更高要求。
发明内容
本发明的目的是提出一种镁合金表面钨化钼纳米级耐蚀薄膜的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现。
本发明所述的一种钨化钼耐蚀薄膜的制备方法，包括以下步骤。
（1）镁合金除氢：将镁合金置于气氛炉中，控制气氛炉炉温160~200℃，保温1~2小时。
（2）MoW合金膜的制备：磁控溅射工作腔抽至背底真空度为2×10-7 Torr，溅射气体为氩气且溅射时真空度不低于3×10-3 Torr；调节Mo(靶材纯度99.99%，直径2英寸)和W（靶材纯度99.99%，直径2英寸）溅射电压在300~500V，控制薄膜中Mo1-xWx中X值在0.2~0.8之间；镁合金待镀件转动速度为6RPM；控制溅射时间在20min ~ 1500min，直至薄膜厚度达到设计要求，薄膜厚度在10nm ~ 1um之间。
本发明利用磁控溅射技术在镁合金表面制备Mo1-XWX(0.2<X<0.8)耐蚀薄膜，薄膜厚度在10nm~1um。薄膜对人体无毒害作用，可显著提高镁金属耐蚀性。薄膜质量较好，与基体结合牢固，制作操作简单、易于实现工艺控制自动化大规模连续生产。薄膜材质料对人体无毒、无害，可提高金属耐蚀性，特别是对钛、锌等活泼金属的耐蚀性。
附图说明
图1 实施例1~3中MoW耐蚀薄膜的极化曲线。
图2 实施例2 中157nm的Mo0.752W0.248耐蚀薄膜的截面二次电子像。
图3实施例2中157nm的Mo0.752W0.248耐蚀薄膜的组分能谱分析结果。
具体实施方式
本发明将结合以下实施例作进一步的说明。
本发明实施例所用的装置为磁控溅射系统设备：Open frame lab line E-beamsystem (英国lesker公司 )。
磁控溅射工作腔准备：打开总电源，启动总控电，升降真空腔打开后，放入需要的基片，确定基片位置，确定靶材位置。升降机下降至腔密封；启动机械泵，当复合真空计示数约为1×10-1量级时，启动分子泵，同时预热离子清洗，打开直流电源及流量显示仪。关闭复合真空计，开启电离真空计，通流量20L/min的氩气，打开气路阀，将流量计I拨至阀控档，稳定后打开离子源，依次调节参数，启动开始清洗。清洗完成后，按离子源参数调节相反的顺序将各参数归零，关闭离子源，将流量计Π置于关闭档。流量计I置于阀控档，调节控制电离真空计示数约2×10-7 Torr，调节直流电源到所需功率。
实施例1。
以尺寸为25mm×25mm×0.5mm镁合金为基体，表面镀15nm的Mo0.752W0.248耐蚀薄膜。如发明所述进行镁合金除氢、MoW合金薄膜的制备。调节Mo溅射电压300V，而W溅射电压310V，使得Mo1-xWx薄膜中X= 0.752；控制溅射时间为20min使得薄膜厚度在15nm。在3.5%的NaCl溶液中进行动极化测试（PDP）的自腐蚀电位Ecorr提高（-1.401→-1.326V），自腐蚀电流密度icorr降低(2.449→1.457μA/cm2)，年腐蚀速率Vcorr降低（0.06→0.03mpy），并出现了钝化电位（Epassiv=-1.085V）。
实施例2。
以尺寸为25mm×25mm×0.5mm镁合金为基体，表面镀157nm的Mo0.752W0.248耐蚀薄膜。如发明所述进行镁合金除氢、Mo0.752W0.248合金膜的制备。调节Mo溅射电压300V，而W溅射电压310V，使得Mo1-xWx薄膜中X= 0.752；控制溅射时间为200min使得薄膜厚度在157nm。 在3.5%的NaCl溶液中进行动极化测试（PDP）的自腐蚀电位Ecorr提高（-1.401→-1.095V），自腐蚀电流密度icorr降低 (2.449→1.420μA/cm2)，年腐蚀速率Vcorr降低（0.06→0.03mpy），同时相比镀膜前出现了钝化电位（Epassiv=-0.919V）。
实施例3
以尺寸为25mm×25mm×0.5mm镁合金为基体，表面镀15nm的Mo0.552W0.448耐蚀薄膜。如发明所述进行镁合金除氢、MoW合金膜的制备。调节Mo溅射电压300V，而W溅射电压400V，使得Mo1-xWx薄膜中X= 0.552；，控制溅射时间为20min使得薄膜厚度在15nm。
在3.5%的NaCl溶液中进行动极化测试（PDP）的自腐蚀电位Ecorr提高（-1.401→-1.358V），自腐蚀电流密度icorr略有升高(2.449→1.629μA/cm2)，年腐蚀速率Vcorr降低（0.06→0.04mpy），同时相比镀膜前出现了钝化电位（Epassiv=-1.286V）。
表1 极化数据表

Claims (1)

1.一种钨化钼耐蚀薄膜的制备方法，其特征包括以下步骤：
（1）将镁合金置于气氛炉中，控制气氛炉炉温160~200℃，保温1~2小时；
（2）磁控溅射工作腔抽至背底真空度为2×10-7 Torr，溅射气体为氩气且溅射时真空度不低于3×10-3 Torr；调节Mo和W溅射电压在300~500V，控制薄膜中Mo1-xWx中X值在0.2~0.8之间；镁合金待镀件转动速度为6RPM；控制溅射时间在20min ~ 1500min，直至薄膜厚度达到设计要求。
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