[发明专利]一种Mo合金基体上MoTaAl涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种Mo合金基体上MoTaAl涂层的制备方法，将Mo合金基体清洗干燥后放入磁控溅射离子镀设备的真空室中，靶材至少包含一个Mo靶、一个Ta金属靶和一个Al金属靶，将真空室抽真空，然后对Mo合金基体进行离于轰击清洗，清洗后在Mo合金基体表面沉积一层Mo打底层，最后在Mo打底层上沉积MoTaAl镀层。本发明方法具有工艺简捷稳定、涂层成分控制精确、易实现工业化生产的特点。所制备的MoTaAl涂层与Mo合金基体结合良好，结构致密，Mo合金基体无氧化现象。

技术领域

本发明属于物理气相沉积领域，涉及一种利用磁控溅射在Mo合金基体上制备MoTaAl涂层的方法。

背景技术

航空发动机、涡轮机叶片、工业涡轮等结构材料在高温下工作，受到高温氧化和腐蚀。为了保护这些热端部件在高温下免受氧化腐蚀和延长寿命，人们对高温结构材料和高温合金涂层进行了大量的研究。自20世纪中期以来，随着现代工业特别是航空、航天工业的快速发展，发动机的燃气温度在不断提高，抗高温氧化环境和性能已成为高温合金的绝对必要条件。

改善高温合金抗氧化性能的一种普遍方法是制备高温防护涂层，许多新型涂层如铜化物、Mo化物等金属化合物涂层，氧化物、氮化物、磷化物等陶瓷涂层及各种复合涂层材料正在加速发展之中。本课题利用磁控溅射精密仪器制备耐高温、抗氧化、耐腐蚀、高硬度、耐磨损的Ta-Mo高温合金涂层，正是适应了目前航空航天产品提高工作温度的需要，有利于开发出更高性能的航空航天材料。

Mo-Ta系列涂层是当前国际上研究应用较多的一类合金涂层。镍基和钴基高温涂层的最高使用温度为1100℃，正在研制的新型弥散强化合金工作温度可达1100-1300℃。但当构件长期工作在1300℃以上高温并承受较大应力时则必须使用难熔金属合金涂层，例如Mo-Ru、Ta-Ru、Mo-W以及Ti-Ta涂层等。

Ta具有密度大，熔点高，易氧化，不升华，有韧性等特点，而Mo则具有熔点高，易氧化，氧化物升华，室温有韧性等特点。由于纯Mo的室温脆性限制了应用范围，在Mo中添加其他元素可显著降低Mo的韧/脆转变温度，提高再结晶温度，提高室温塑性及高温强度，特别是在Mo合金发生再结晶后仍具有一定的塑性。这从根本上改善了Mo的性质，扩大了应用领域。

Ta的氧化物不易升华，所以可以改善Mo的氧化物的易升华的缺点。Ta具有弹性模量高的特性，是很理想的弹性材料，但Ta的加工硬化较快，加工难度很大。而将Mo、Ta合二为一，弹性模量介于二者之间，加工性能非常优异，完全避免了各自的不利因素，形成了十分理想的弹性材料。由于Ta-Mo合金涂层具有高温性能及弹性性能两大优势，所以在航空航天、核能、电子等重要的工业部门将有广泛的应用前景。

溅射沉积是在真空环境下，利用荷能离子轰击材料表面，使被轰击出的粒子沉积在基体表面的技术。磁控溅射可以被认为是镀膜技术中最突出的成就之一，它具有溅射率高、基片温升低、涂层与基体基结合力好、装置性能稳定、操作控制方便等优点。

当涂层材料是高熔点金属或复杂合金时，溅射方法制备涂层就有着非常明显的优越性，溅射方法是目前制备高温涂层最多的方法。Ta-Mo 涂层作为一种新型的高温涂层，使用溅射方法与其他方法相比都具有更多的优越性。

由于溅射镀涂层中靶材无相变，化合物的成分又不易发生变化，合金也不易发生分馏，因此它的应用范围更为广泛。它适用于不能用真空蒸镀，或者难以用真空蒸镀来制作薄涂层的高熔点、较低的蒸气压元素和化合物，这是溅射法最明显的优点。

电弧蒸发沉积虽然具有设备简单、操作方便、被广泛使用的优点，但是它的缺点也很明显，那就是在放电过程中容易产生微米量级尺寸的电极颗粒的飞溅，从而会影响沉积涂层的均匀性，因此在均匀性方面没有磁控溅射方法好。