[发明专利]一种物理气相沉积涂层的微孔不锈钢基体及其制备工艺

说明书

一种物理气相沉积涂层的微孔不锈钢基体，所述微孔不锈钢基体包括致密结构的底层和带有微孔结构的表层，所述微孔在所述表层上均匀分布，所述表层的微孔从上到下贯通整个所述表层。所述微孔不锈钢基体的制备工艺包括，所述表层先经过喷砂工艺处理，然后再经过抛光工艺处理，最后经过表面超声冲击加工处理。本发明中的物理气相沉积涂层的微孔不锈钢基体，可以为物理气相沉积过程中的涂层提供良好的涂层/基体结合力，可以很好地满足包括食品工业和医疗工业在内的多个工业领域中对功能涂层不锈钢的长效要求。

技术领域

本发明涉及一种涂层沉积用的不锈钢基体及其制备工艺，更具体涉及一种物理气相沉积涂层的微孔不锈钢基体及其制备工艺。

背景技术

不锈钢基体因其特有的耐蚀性能和对人体的安全性能，被广泛应用于包括食品工业和医疗工业在内的多个工业领域中。然而，随着社会和工业技术的发展，采用表面涂层技术来提高不锈钢表面的耐磨性能、耐蚀性能和抗菌性能等是当前工业领域的研究热点之一。

涂层和基体之间的结合力是影响涂层长效作用的关键指标，而涂层制备过程中的温度问题也是影响高温下易于变形的薄尺寸不锈钢基体的性能的关键所在。化学气相沉积和物理气相沉积是制备不锈钢表面涂层的两种常用的技术。其中，化学气相沉积获得的涂层与不锈钢基体的结合力较好，但是由于化学气相沉积过程中需要加热到较高温度，并发生化学反应，这就对涂层的形成和不锈钢基体的性能都产生一定的限制。因此，物理气相沉积制备涂层因其温度低的优势，在不锈钢表面涂层制备中得到更为广泛的应用，然而物理气相沉积技术最大的问题就是在于涂层与不锈钢基体之间的结合力较低。

为了改善物理气相沉积涂层与不锈钢基体之间的结合力问题，目前主要通过采用金属过渡层、梯度涂层和优化制备工艺参数等方式进行。对于氮化硼或类金刚石等涂层的制备，由于涂层与不锈钢之间的亲和力较差，往往需要采用Ti或Cr等过渡层工艺，利用过渡层分别与不锈钢基体、以及涂层之间相对较好的亲和力，来改善涂层与不锈钢基体之间的结合力；对于内应力较大的涂层，往往需要通过梯度涂层进行成分的逐渐过渡，来减少涂层与基体之间的成分差异、或者降低涂层内部的应力积累，从而降低内应力，提高涂层与不锈钢基体的结合力；另外，通过制备过程中的工艺参数优化，调整气体的气压比和增加负偏压等方式，可以获得晶粒细化内应力较小的涂层。但是，以上现有的改善膜层和不锈钢基体的结合力的方式的效果都较为有限，而且控制难度较大。在实际工业领域中，很多工况需要涂层较厚，而当涂层厚度较大，特别是达到十数微米之后，涂层的内应力增加速度加大，涂层与不锈钢基体之间的结合力问题凸显，现有的改善膜层和不锈钢基体的结合力的措施都难以满足要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种具有微孔表面结构的不锈钢基体，用于物理气相沉积涂层的制备，在兼顾不锈钢基体本身力学性能的前提下，在采用物理气相沉积技术制备包括厚涂层在内的涂层时，都可以具备较好的涂层和不锈钢基体之间的结合力。

按照本发明提供的一种物理气相沉积涂层的微孔不锈钢基体，其采用的主要技术方案为：所述微孔不锈钢基体包括致密结构的底层和带有微孔结构的表层，所述致密结构底层的孔隙率不超过1%，所述表层的厚度为50-200微米，所述表层的微孔面积占所述表层表面的比例为5%-20%，所述微孔为边的数量至少为4个的多边形，所述微孔在所述表层上均匀分布，所述表层的微孔从上到下贯通整个所述表层，所述多边形微孔的内边缘的每一个边的边缘均为不规则曲线。所述表层的厚度和微孔面积比例的设计确保了不锈钢基体较好的力学性能，同时为提高表层与涂层结合力提供了足够的钉扎点。特别是微孔为边缘不规则曲线的多边形，使得其边缘的表面自由能较大，利于物理气相沉积过程中溅射粒子的优先沉积。

本发明提供的物理气相沉积涂层的微孔不锈钢基体，还具有以下附属技术方案：

所述多边形中任意一个顶点到任一条边的距离范围为50-150微米。