[发明专利]一种可控晶体结构AlMgB14涂层及其制备方法

说明书

一种可控晶体结构AlMgB14涂层及其制备方法，属于涂层制备领域。本发明是解决现有磁控溅射技术制备AlMgB14涂层以非晶态为主的问题。本发明专利基于高频感应的集肤效应加热沉积AlMgB14涂层，实现快速高温晶化处理。4个高频感应线圈均匀分在真空室内，通过启动高频感应线圈的数量和设置功率，调控AlMgB14非晶组分与晶体组分比例，制备非晶、非晶/晶体、晶体的3层结构AlMgB14涂层。沉积AlMgB14涂层具有晶体结构，硬度高于非晶结构涂层。

技术领域

本发明涉及涂层制备领域，具体涉及一种可控晶体结构AlMgB14涂层及其制备方法。

背景技术

AlMgB14材料是一种B12二十面体结构的富硼硼化物，具有高硬度、低密度、高热稳定性、低热传导系数、低摩擦系数等特性，近年来得到了广泛的研究。块体AlMgB14以晶体结构形式存在，因此它具有理论上的高硬度。

不同于块体AlMgB14晶体结构，目前制备的AlMgB14涂层主要是非晶结构。AlMgB14涂层以B12二十面体的短程有序形式存在，被广泛地应用于刀具、武器装备等领域。N.Mohammad等人研究表明，高含量、均匀B12二十面体架构能够增加涂层硬度，AlMgB14涂层硬度可达32-35GPa(N.Mohammad,et al.Structural and mechanical properties ofamorphous AlMgB14 thin films deposited by DC magnetron sputtering on Si,Al2O3and MgO substrates[J].Applied Physics A,2020,126:133-138)。Y.Tian等人研究表明B12二十面体部分可以在室温下形成，并且在200到350℃之间沉积可以促进形成B12二十面体(Y.Tian,et al.Superhard self-lubricating AlMgB14 films formicroelectromechanical devices[J].Appl.Phys.Lett.,2003,83:2781-2783)。磁控溅射技术制备AMgB14涂层具有工艺稳定、涂层质量良好等特点。AlMgB14涂层对于等离子体密度、温度等工艺参数依赖性强，优化工艺获得AlMg14纳米晶可以增加涂层硬度。Y.Tian等人研究表明，不同沉积温度(300k、573k和873k)下制备的非晶AlMgB14涂层通过高温(1273k)退火可以获得晶体结构(Y.Tian,et al.Microstructure evolution of Al-Mg-B thinfilms by thermal annealing[J].Journal of Vacuum ScienceTechnology A,2003,21(4):1055-1062)。虽然高温退火可以AlMg14涂层完全结晶，但是第二步高温退火工艺增加工艺复杂性、限制基体适用范围和降低涂层韧性。

此外，晶体结构AlMgB14具有较高硬度，但是也存在脆性不足的问题，因此，如何获得高硬度、良好韧性的晶体结构AlMgB14涂层，是AMgB14涂层工业化应用的关键。

发明内容

针对已有磁控溅射技术制备AlMgB14涂层以非晶态为主的问题，本发明专利提供一种可控晶体结构AlMgB14涂层及其制备方法。本发明专利基于高频感应的集肤效应加热沉积AlMgB14涂层，实现快速高温晶化处理，优化工艺调控AlMgB14非晶组分与晶体组分比例，赋予AlMgB14晶体结构涂层超性能。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种可控晶体结构AlMgB14涂层及其制备方法，该方法是采用高频感应同步加热与磁控溅射技术沉积可控晶体结构的AlMgB14涂层；其特征在于：利用所述高频感应线圈快速加热沉积涂层，在磁控溅射工艺下完成可控非晶和晶体组分的涂层沉积，包括如下制备步骤：

(1)将预处理后的基体可拆卸固定安装在真空室内，将本底真空抽至≤1×10^-3Pa；AlMgB14靶施加磁控电源；基体转动速度为1～20转/min；