碳化鉻涂層的制備方法是什么？

碳化鉻、碳化硅、碳化鈮、碳化鈦、碳化鋯、碳化鎢等碳化物涂層通常具有高硬度、良好的耐磨性、耐腐蝕性和耐高溫氧化性，常用作金屬材料上的保護涂層。其中，碳化鉻涂層具有廣泛的硬度控制、高磨損和耐腐蝕特性、與鋼材料相似的膨脹系數(shù)以及較高的結(jié)合強度，因此在航空、航天、核電、工裝等諸多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。鉻碳體系中穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)主要包括cr3c2、cr7c3和crc6。不同的晶體結(jié)構(gòu)也顯示出不同的性質(zhì)和特性。硬度、摩擦學(xué)性能和耐高溫氧化性都隨鉻與碳的原子比而變化。

碳化鉻涂層的制備方法主要有物理氣相沉積、噴涂、激光熔覆、熱擴散反應(yīng)和化學(xué)氣相沉積。噴涂法涂層疏松多孔，粘結(jié)強度低；激光熔覆的特色是制備溫度高，表層粗糙度大，成分分布不均勻；通過熱擴散反應(yīng)和化學(xué)氣相沉積制備碳化鉻需要在高溫下進行，這不適用于溫度敏感的基材和容易變形的零件。這些缺點限制了通過這些方法制備的碳化鉻涂層在具有高精度要求的領(lǐng)域中的應(yīng)用。磁控濺射離子鍍制備的涂層是一種密度高、結(jié)合強度好的綠色制造技術(shù)，是制備碳化鉻的理想方法。

在物理氣相沉積法制備碳化鉻的過程當(dāng)中，濺射金屬鉻靶并引入烴類氣體作為碳源與之反應(yīng)。例如，在cn108330442b中，通過金屬鉻靶和乙炔的反應(yīng)濺射制備碳化鉻層，這提高了金屬基底的表層硬度并提高了耐磨性。這種方法工藝簡單，但涂層中會含有一些氫氣，這對航空航天和核工藝中使用的鈦、鋯合金和其他金屬材料極為不利。在cn112376017a中，采用石墨靶和鉻靶共濺射法制備了蜂窩碳化鉻涂層，并引入了緩沖層以改善涂層與基體的結(jié)合。然而，這種方法造成涂層中大量的簡單碳，下降涂層的高溫抗氧化性。開發(fā)一種新的高性能致密碳化鉻涂層沉積工藝是碳化鉻表層保護技術(shù)的難點之一。

通過濺射碳化鉻陶瓷靶制備碳化鉻涂層是可行的，但碳化鉻涂層和金屬基底的物理性能有很大的不同。采用濺射沉積工藝制備碳化鉻涂層時，很難保證涂層與基體之間的結(jié)合強度，因此需要合理設(shè)計金屬底漆的結(jié)構(gòu)和梯度組成。如果使用單個碳化鉻靶，由于靶材料的固定元素組成，很難在濺射沉積過程當(dāng)中為突變的異質(zhì)材料界面提供應(yīng)力消除，并調(diào)節(jié)涂層和基底之間的模量和膨脹系數(shù)的匹配。本發(fā)明結(jié)合了碳化鉻陶瓷靶和金屬鉻的多靶共沉積，優(yōu)化了底漆和過渡層，可以有效提高涂層和基底的結(jié)合強度。