CN111118463B - 利用二氧化碳制备高硬减摩耐蚀TiCxOy涂层的方法 - Google Patents

利用二氧化碳制备高硬减摩耐蚀TiCxOy涂层的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111118463B
CN111118463B CN201911352102.9A CN201911352102A CN111118463B CN 111118463 B CN111118463 B CN 111118463B CN 201911352102 A CN201911352102 A CN 201911352102A CN 111118463 B CN111118463 B CN 111118463B
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon dioxide
coating
ticxoy
pulse
hardness
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911352102.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111118463A (zh
Inventor
张斌
王兆龙
张俊彦
贾倩
牟志星
强力
高凯雄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Original Assignee
Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS filed Critical Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority to CN201911352102.9A priority Critical patent/CN111118463B/zh
Publication of CN111118463A publication Critical patent/CN111118463A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111118463B publication Critical patent/CN111118463B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/0021—Reactive sputtering or evaporation
    • C23C14/0036—Reactive sputtering
    • C23C14/0057—Reactive sputtering using reactive gases other than O2, H2O, N2, NH3 or CH4
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C14/021—Cleaning or etching treatments
    • C23C14/022—Cleaning or etching treatments by means of bombardment with energetic particles or radiation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本发明涉及一种利用二氧化碳制备高硬减摩耐蚀TiCxOy涂层的方法，该方法是指：将抛光好的基材经超声清洗、N2干燥后，得到干燥的样品；所述干燥的样品转移至真空腔中，抽真空至9.8×10‑4 Pa后，先采用脉冲负偏压进行Ar气体离子轰击，再在氩气和二氧化碳气体混合气氛下，以Ti靶进行直流脉冲磁控溅射沉积，即得TiCxOy涂层。本发明成本低、能耗低，所得涂层具有硬度高、摩擦系数低、耐腐蚀性能优异的特点。

Description

利用二氧化碳制备高硬减摩耐蚀TiCxOy涂层的方法
技术领域
本发明涉及表面技术与防护领域，尤其涉及利用二氧化碳制备高硬减摩耐蚀TiCxOy涂层的方法。
背景技术
由二氧化碳等温室气体引起的全球变暖问题已成为自然生态环境和人类社会所面临的最严峻挑战之一。从二十世纪七十年代到2005年，大气中平均二氧化碳浓度从280ppm增加到了380 ppm。每过十年，大气中二氧化碳浓度大幅度升高。因此，有效利用CO2从而降低其浓度是一个非常紧迫的问题。
虽然二氧化碳的分离和固化目前已有许多方法，比如通过非均相材料将CO2进行电催化或光催化转化为CH4及通过催化剂将二氧化碳用氢气还原为甲醇等。但是，把二氧化碳固化技术与降低摩擦结合起来，减少能源损耗却鲜有报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低、能耗低的利用二氧化碳制备高硬减摩耐蚀TiCxOy涂层的方法。
为解决上述问题，本发明所述的利用二氧化碳制备高硬减摩耐蚀TiCxOy涂层的方法，其特征在于：将抛光好的基材经超声清洗、N2干燥后，得到干燥的样品；所述干燥的样品转移至真空腔中，抽真空至9.8 × 10-4 Pa后，先采用脉冲负偏压进行Ar气体离子轰击，再在氩气和二氧化碳气体混合气氛下，以Ti靶进行直流脉冲磁控溅射沉积，即得TiCxOy涂层。
所述基材是指单晶硅（100）、不锈钢、轴承钢、齿轮钢中的一种。
所述超声清洗是指依次用丙酮、无水乙醇、蒸馏水经超声波清洗5~15min。
所述离子轰击的条件是指腔内气压为5.0Pa，脉冲负偏压强度为-1000V，占空比为60%，频率为60KHz，轰击时间为30min。
所述氩气和二氧化碳气体混合气氛是指氩气体积流量为50 sccm，CO2体积流量为10 sccm。
所述直流脉冲磁控溅射沉积的条件是指气压为1.0Pa，脉冲偏压为-100V，占空比为60%；靶电流为0.65A~1.25A，脉冲占空比60%，沉积时间为60min。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明以CO2为碳源制备TiCxOy涂层，通过把CO2固化吸收与降低摩擦相结合，在重复利用温室气体CO2的同时又可保护钢材，不但有效降低摩擦减少腐蚀而且可以大面积低成本制备，从而达到减少能源损耗的目的。
2、本发明所得的TiCxOy涂层硬度高。经纳米压痕测试，其硬度在10~20GPa之间变化。如图1所示，在不同靶电流下压入深度为50nm时，硬度分别为13 GPa、17.3 GPa、20.3GPa、19.4 GPa、16.3GPa，弹性模量分别为156.8 GPa、185.7 GPa、171.4 GPa、170.3 GPa、160.1GPa。
3、本发明所得的TiCxOy涂层摩擦系数低，其摩擦系数低于0.10，最低至0.06。如图2所示，在10N载荷、10Hz频率的条件下往复摩擦测试，摩擦系数分别为0.091、0.085、0.065、0.071、0.08。
4、本发明所得的TiCxOy涂层在浓度为3.5wt%的盐水中进行耐腐蚀性能测试，腐蚀电流密度分别为1.83μA/cm2、0.33μA/cm2、0.024μA/cm2、0.34μA/cm2、257.42μA/cm2，表明其具有优异的耐腐蚀性能（如图3所示）。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明在不同靶电流下制备的薄膜的硬度与弹性模量。
图2为本发明在水环境下的摩擦系数随靶电流的变化图。
图3为本发明在不同靶电流下制备的薄膜的盐水腐蚀下的塔菲尔曲线。
具体实施方式
实施例1 利用二氧化碳制备高硬减摩耐蚀TiCxOy涂层的方法：
将抛光好的单晶硅（100）依次用丙酮、无水乙醇、蒸馏水经超声波清洗15min，以除去其表面的油污，再用N2吹干，得到干燥的样品。
干燥的样品转移至真空腔中，抽真空至9.8 × 10-4 Pa后，先在腔内气压为5.0Pa、脉冲负偏压强度为-1000V、占空比为60%、频率为60KHz的条件下采用脉冲负偏压进行Ar气体离子轰击，轰击时间为30min。
再通入50 sccm 的氩气和10 sccm的CO2，在氩气和二氧化碳气体混合气氛下，以Ti靶进行直流脉冲磁控溅射沉积。直流脉冲磁控溅射沉积的条件是指气压为1.0Pa，脉冲偏压为-100V，脉冲占空比60%，靶电流为0.65A，脉冲占空比60%，沉积时间为60min，即得厚度为1.0微米的TiCxOy涂层。
该TiCxOy涂层的硬度为13GPa，摩擦系数为0.091，腐蚀电流为1.83μA/cm2。
实施例2 利用二氧化碳制备高硬减摩耐蚀TiCxOy涂层的方法：
将抛光好的不锈钢依次用丙酮、无水乙醇、蒸馏水经超声波清洗5min，以除去其表面的油污，再用N2吹干，得到干燥的样品。
干燥的样品转移至真空腔中，抽真空至9.8 × 10-4 Pa后，先在腔内气压为5.0Pa、脉冲负偏压强度为-1000V、占空比为60%、频率为60KHz的条件下采用脉冲负偏压进行Ar气体离子轰击，轰击时间为30min。
再通入50 sccm 的氩气和10 sccm的CO2，在氩气和二氧化碳气体混合气氛下，以Ti靶进行直流脉冲磁控溅射沉积。直流脉冲磁控溅射沉积的条件是指气压为1.0Pa，脉冲偏压为-100V，脉冲占空比60%，靶电流为0.80A，脉冲占空比60%，沉积时间为60min，即得厚度为1.2微米的TiCxOy涂层。
该TiCxOy涂层的硬度为17.3GPa，摩擦系数为0.085，腐蚀电流为0.33μA/cm2。
实施例3 利用二氧化碳制备高硬减摩耐蚀TiCxOy涂层的方法：
将抛光好的轴承钢依次用丙酮、无水乙醇、蒸馏水经超声波清洗10min，以除去其表面的油污，再用N2吹干，得到干燥的样品。
干燥的样品转移至真空腔中，抽真空至9.8 × 10-4 Pa后，先在腔内气压为5.0Pa、脉冲负偏压强度为-1000V、占空比为60%、频率为60KHz的条件下采用脉冲负偏压进行Ar气体离子轰击，轰击时间为30min。
再通入50 sccm 的氩气和10 sccm的CO2，在氩气和二氧化碳气体混合气氛下，以Ti靶进行直流脉冲磁控溅射沉积。直流脉冲磁控溅射沉积的条件是指气压为1.0Pa，脉冲偏压为-100V，脉冲占空比60%，靶电流为0.95A，脉冲占空比60%，沉积时间为60min，即得厚度为1.35微米的TiCxOy涂层。
该TiCxOy涂层的硬度为20.3GPa，摩擦系数为0.065，腐蚀电流为0.024μA/cm2。
实施例4 利用二氧化碳制备高硬减摩耐蚀TiCxOy涂层的方法：
将抛光好的齿轮钢依次用丙酮、无水乙醇、蒸馏水经超声波清洗15min，以除去其表面的油污，再用N2吹干，得到干燥的样品。
干燥的样品转移至真空腔中，抽真空至9.8 × 10-4 Pa后，先在腔内气压为5.0Pa、脉冲负偏压强度为-1000V、占空比为60%、频率为60KHz的条件下采用脉冲负偏压进行Ar气体离子轰击，轰击时间为30min。
再通入50 sccm 的氩气和10 sccm的CO2，在氩气和二氧化碳气体混合气氛下，以Ti靶进行直流脉冲磁控溅射沉积。直流脉冲磁控溅射沉积的条件是指气压为1.0Pa，脉冲偏压为-100V，脉冲占空比60%，靶电流为1.10A，脉冲占空比60%，沉积时间为60min，即得厚度为1.5微米的TiCxOy涂层。
该TiCxOy涂层的硬度为19.4GPa，摩擦系数为0.071，腐蚀电流为0.34μA/cm2。
实施例5 利用二氧化碳制备高硬减摩耐蚀TiCxOy涂层的方法：
将抛光好的不锈钢依次用丙酮、无水乙醇、蒸馏水经超声波清洗5min，以除去其表面的油污，再用N2吹干，得到干燥的样品。
干燥的样品转移至真空腔中，抽真空至9.8 × 10-4 Pa后，先在腔内气压为5.0Pa、脉冲负偏压强度为-1000V、占空比为60%、频率为60KHz的条件下采用脉冲负偏压进行Ar气体离子轰击，轰击时间为30min。
再通入50 sccm 的氩气和10 sccm的CO2，在氩气和二氧化碳气体混合气氛下，以Ti靶进行直流脉冲磁控溅射沉积。直流脉冲磁控溅射沉积的条件是指气压为1.0Pa，脉冲偏压为-100V，脉冲占空比60%，靶电流为1.25A，脉冲占空比60%，沉积时间为60min，即得厚度为1.9微米的TiCxOy涂层。
该TiCxOy涂层的硬度为16.3GPa，摩擦系数为0.08，腐蚀电流为257.42μA/cm2。

Claims (2)

1.利用二氧化碳制备高硬减摩耐蚀TiCxOy涂层的方法，其特征在于：将抛光好的基材经超声清洗、N2干燥后，得到干燥的样品；所述干燥的样品转移至真空腔中，抽真空至9.8× 10-4 Pa后，先采用脉冲负偏压进行Ar气体离子轰击，再在氩气和二氧化碳气体混合气氛下，以Ti靶进行直流脉冲磁控溅射沉积，即得TiCxOy涂层；所述基材是指单晶硅（100）、不锈钢、轴承钢、齿轮钢中的一种；所述离子轰击的条件是指腔内气压为5.0Pa，脉冲负偏压强度为-1000V，占空比为60%，频率为60KHz，轰击时间为30min；所述氩气和二氧化碳气体混合气氛是指氩气体积流量为50 sccm，CO2体积流量为10 sccm；所述直流脉冲磁控溅射沉积的条件是指气压为1.0Pa，脉冲偏压为-100V，占空比为60%；靶电流为0.65A~1.25A，脉冲占空比60%，沉积时间为60min；在10N载荷、10Hz频率的条件下往复摩擦测试，摩擦系数低于0.10，最低至0.06。
2.如权利要求1所述的利用二氧化碳制备高硬减摩耐蚀TiCxOy涂层的方法，其特征在于：所述超声清洗是指依次用丙酮、无水乙醇、蒸馏水经超声波清洗5~15min。
CN201911352102.9A 2019-12-25 2019-12-25 利用二氧化碳制备高硬减摩耐蚀TiCxOy涂层的方法 Active CN111118463B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911352102.9A CN111118463B (zh) 2019-12-25 2019-12-25 利用二氧化碳制备高硬减摩耐蚀TiCxOy涂层的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911352102.9A CN111118463B (zh) 2019-12-25 2019-12-25 利用二氧化碳制备高硬减摩耐蚀TiCxOy涂层的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111118463A CN111118463A (zh) 2020-05-08
CN111118463B true CN111118463B (zh) 2022-04-01

Family

ID=70502183

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911352102.9A Active CN111118463B (zh) 2019-12-25 2019-12-25 利用二氧化碳制备高硬减摩耐蚀TiCxOy涂层的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111118463B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04128375A (ja) * 1990-09-18 1992-04-28 Citizen Watch Co Ltd 多色化装飾品およびその製造方法
JP2005206875A (ja) * 2004-01-22 2005-08-04 Ulvac Japan Ltd 成膜装置及び成膜方法
JP2010150670A (ja) * 2010-03-19 2010-07-08 Ulvac Japan Ltd 成膜装置
CN101967623A (zh) * 2010-11-03 2011-02-09 成都工具研究所有限公司 双结构涂层硬质合金刀具
CN107197627A (zh) * 2015-02-10 2017-09-22 株式会社Lg化学 导电结构体及其制造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04128375A (ja) * 1990-09-18 1992-04-28 Citizen Watch Co Ltd 多色化装飾品およびその製造方法
JP2005206875A (ja) * 2004-01-22 2005-08-04 Ulvac Japan Ltd 成膜装置及び成膜方法
JP2010150670A (ja) * 2010-03-19 2010-07-08 Ulvac Japan Ltd 成膜装置
CN101967623A (zh) * 2010-11-03 2011-02-09 成都工具研究所有限公司 双结构涂层硬质合金刀具
CN107197627A (zh) * 2015-02-10 2017-09-22 株式会社Lg化学 导电结构体及其制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111118463A (zh) 2020-05-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8541101B2 (en) Coating, article coated with coating, and method for manufacturing article
CN111074224B (zh) 一种耐腐蚀高熵合金氮化物涂层、其制备方法及应用
Liang et al. Fabrication and performance of TiN/TiAlN nanometer modulated coatings
EA201490034A1 (ru) Способ получения оконного стекла, содержащего пористый слой
CN108690983A (zh) 耐磨耐蚀Cr/CrAlSiN复合涂层、其制备方法与应用
Ding et al. Microstructure, mechanical, and wettability properties of Al-doped diamond-like films deposited using a hybrid deposition technique: Bias voltage effects
CN111118463B (zh) 利用二氧化碳制备高硬减摩耐蚀TiCxOy涂层的方法
CN114032505A (zh) 耐腐蚀防护涂层材料及其制备方法
Stoiber et al. Plasma-assisted pre-treatment for PACVD TiN coatings on tool steel
US8747998B2 (en) Coated article and method for making the same
CN101838791B (zh) 一种镁合金表面改性沉积非晶碳薄膜的方法
Shi et al. Effects of the thickness ratio of CrN vs Cr2O3 layer on the properties of double-layered CrN/Cr2O3 coatings deposited by arc ion plating
KR101851171B1 (ko) 그래핀계 배리어 필름의 제조 방법
CN105529172A (zh) 一种用于钐钴磁体工件表面防护的方法
CN111850470A (zh) 一种超滑性能金属/含氢碳复合薄膜及其制备方法
CN111304589A (zh) 多元复合非晶碳基薄膜及其制备方法与应用
CN102776510B (zh) 一种在不锈钢表面制备含金刚石碳膜的方法
Jiang et al. Microstructure and property changes induced by substrate rotation in titanium/silicon dual-doped aC: H films deposited by mid-frequency magnetron sputtering
US8592032B2 (en) Coated article and method for making the same
CN109023292A (zh) 一种镁合金表面dlc防护涂层制备方法
CN114875359A (zh) 一种在钛合金表面形成耐磨抗氧化复合涂层的处理方法
CN113072063B (zh) 基于氢储运设备内表面的阻氢涂层及制备方法
Hu et al. Increasing sp3 hybridized carbon atoms in germanium carbide films by increasing the argon ion energy and germanium content
CN114990481A (zh) 一种智能组装根状毛细扩散通道的自适应纳米多层膜及其制备方法和应用
CN114182213A (zh) 一种钛合金耐磨抗氧化复合涂层及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant