[发明专利]仿贝壳多拱形结构纳米复合涂层、其制备方法与应用

说明书

本申请公开了一种仿贝壳多拱形结构纳米复合涂层、其制备方法与应用。所述的制备方法包括：采用真空镀膜技术构建不连续金属种子层；以及，利用所述不连续金属种子层诱导连续多拱形结构层的沉积，从而实现仿贝壳多拱形结构纳米复合涂层的可控定向生长。本发明提供的仿贝壳多拱形结构纳米复合涂层具有仿红鲍鱼壳体珍珠层文石结构，同时具有高硬度、耐高温、在保持良好断裂韧性的情况下具有高断裂强度、低摩擦系数、海水中耐腐蚀磨损等优异性能，其制备工艺简单可控，成本低，对工件形状不受限制且易于扩大生产，在新能源、高效动力、海洋工程、核能设施、微电子/光电子器件等领域具有巨大的潜力。

技术领域

本发明涉及一种耐磨耐腐蚀涂层，特别涉及一种仿贝壳多拱形结构纳米复合涂层、基于金属种子层诱导构建所述纳米复合涂层的方法与其应用，属于表面防护技术领域。

背景技术

随着气候变化、低碳世界、能源与安全、绿色智能制造相关的人类发展需要，新能源、高效动力、大型飞机、新型空天飞行器、先进制造、高速轨道交通、海洋工程、核能设施、微电子/光电子器件等重大需求领域中的关键断裂与损伤力学问题急需关注。在此背景下，各装备中对机械零部件所面临的工作环境越来越苛刻，因此对于零部件的高硬度、高强度、高韧性、抗高温、耐磨、耐腐蚀性的要求也越来越高。磨损与断裂是机械零件失效的常见形式。因此，关于提高零部件的表面硬度、断裂强度和韧性及特殊环境中的磨损问题亟待解决。此外，一些海洋工程装备的生物污损问题一直制约着海洋工业的发展，因此在海洋装备上利用软金属的释放起到杀菌防污作用是很有必要的。

目前，有一些研究人员提出了在前述机械零部件上覆盖仿生结构涂层的方案，以解决前述问题，但这些仿生结构涂层的性能都不尽理想。业界普遍认为，在当前环境条件下制备具有明显生物结构的多功能一体化仿生涂层是具有挑战性的。

本申请人曾提出过一种仿贝壳堆垛型珍珠层的纳米复合涂层，其包括硬质纳米金属化合物相和软质金属相，所述软质金属相均匀分层且分布于硬质纳米金属化合物相内。该纳米复合涂层体现出较好的硬度、摩擦系数、海水中耐腐蚀磨损等性能，但若要实现多功能一体化(硬度、强度、韧性、耐腐蚀等)，以更好的满足新能源、高效动力、大型飞机、新型空天飞行器、先进制造、高速轨道交通、海洋工程、核能设施、微电子/光电子器件等重大需求领域中的关键断裂、耐热与磨损应用需求，则其性能还需进一步改善。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种仿贝壳多拱形结构纳米复合涂层，以克服现有技术中的不足。

本发明的另一目的在于提供一种基于金属种子层诱导构建仿贝壳多拱形结构纳米复合涂层的方法。

本发明的另一目的在于提供所述仿贝壳多拱形结构纳米复合涂层的用途。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

本发明实施例提供了一种仿贝壳多拱形结构纳米复合涂层，其包括不连续金属种子层和连续的多拱形结构层；所述不连续金属种子层包括离散分布在基底表面的多个金属岛状种子；所述多拱形结构层包括分别在所述多个金属岛状种子上沉积形成的多个拱形结构单元，每一拱形结构单元包括在相应金属岛状种子上交替沉积的一个以上拱形硬质纳米陶瓷相层和一个以上拱形软质金属相层。

本发明实施例还提供了一种基于金属种子层诱导制备仿贝壳多拱形结构纳米复合涂层的方法，其包括：

在基底表面形成不连续金属种子层，所述不连续金属种子层包括离散分布在基底表面的多个金属岛状种子；

以所述不连续金属种子层中的各金属岛状种子的表面为生长模板，在各金属岛状种子上交替沉积一个以上拱形硬质纳米陶瓷相层和一个以上拱形软质金属相层并定向生长为拱形结构单元，且使多个拱形结构单元相互连接，从而在所述不连续金属种子层上形成连续的多拱形结构层。

在一些实施方式中，所述的方法包括：采用物理气相沉积技术在所述基底上依次沉积所述不连续金属种子层和多拱形结构层，从而获得所述纳米复合涂层。