CN102912302B

CN102912302B - 一种镁合金表面制备钇/氮化硅复合涂层材料的方法

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Publication number: CN102912302B
Application number: CN201210387689.9A
Authority: CN
Inventors: 王周成; 刘滨; 祁正兵; 吴正涛
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2012-10-11
Filing date: 2012-10-11
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2032-10-11
Also published as: CN102912302A

Abstract

一种镁合金表面制备钇/氮化硅复合涂层材料的方法，涉及镁合金表面复合涂层材料。提供膜厚可控，具有良好抗腐蚀性能的一种镁合金表面制备钇/氮化硅复合涂层材料的方法。基体前处理；靶材预溅射；直流溅射沉积过渡层金属Y膜；射频反应溅射沉积外层非晶态Si₃N₄膜。使用金属Y作为过渡层，然后在过渡层的基础上射频反应溅射沉积非晶态Si₃N₄膜法。在一定沉积压强、温度、气体流量等条件下，通过改变溅射时间，制备出各层膜厚可控具有超强抗腐蚀性能的Y/Si₃N₄复合涂层材料。通过动电位极化曲线和交流阻抗的电化学测试以及析氢试验和盐雾试验的实际使用测试，结果表明表面覆盖Y/Si₃N₄复合涂层的镁合金拥有良好的抗腐蚀性能。

Description

一种镁合金表面制备钇/氮化硅复合涂层材料的方法

技术领域

本发明涉及一种镁合金表面复合涂层材料，尤其是涉及在镁合金基体材料表面先沉积Y金属过渡层，再沉积外层非晶态Si₃N₄膜，膜厚可控，具有良好抗腐蚀性能的一种镁合金表面制备钇/氮化硅复合涂层材料的方法。

背景技术

镁合金作为最轻的工程金属材料，拥有许多优异特点，例如比强度、比刚度高，导热、导电性能好，并具有很好的电磁屏蔽、阻尼性、减振性和切削加工性。近年来，镁合金被广泛应用于汽车、摩托车、自行车等交通工具、仪器仪表、电子电器、化工冶金、航空航天、国防军工、生物医用材料等领域。但镁的电极电位较负，易于发生腐蚀，合金中的第二相或杂质相也会加速镁合金的腐蚀，严重阻碍了镁合金产品的工业化应用和推广。所以镁合金工件在使用前必须经过一定的防腐蚀表面处理来提供保护，才能使镁合金在工业中发挥其优良的性能。

防止腐蚀发生最有效的方法是对基底材料进行涂覆。涂覆层阻止了基底和环境之间的接触，防止了腐蚀的发生。为了达到充分的保护性能，涂覆层必须均匀、致密、与基底结合性好。镁合金的表面防腐蚀处理方法包括化学镀、电镀、化学转化膜、微弧阳极氧化、激光表面熔覆、表面渗层处理、气相沉积、有机涂层等（J.E.Gray,B.Luan.Journal of Alloys andCompounds.336(2002)88-113）。物理气相沉积（PVD）是通过气相材料或使材料汽化后沉积于固体材料表面并形成薄膜，从而使材料获得特殊表面性能的一种新技术。此种表面改性方法，技术上方便可控，环保无污染，特别适合于工业生产的绿色改性工程。

众所周知，硬质陶瓷薄膜在表面工程中起着非常重要的作用，它们具有较高的硬度、良好的耐磨性、优异的耐蚀性和亮丽的色泽。TiN，TiC和CrN是目前应用广泛的膜层材料，倍受人们关注。经过对CrN、TiN、AlN、NbN等氮化物陶瓷膜层的大量实验及对其机理的研究分析，我们发现金属氮化物膜层对镁合金的保护是短暂的，随着测试时间的增长，膜层与基体间由于电位差，形成的子通道，会很快令膜层失效，从而失去对镁合金基体的保护。综合考虑各方面的因素，我们选用氮化硅膜层进行试验并取得较好结果。已有文献提到关于氮化硅膜层的制备方法：1、黄佳木，材料导报，22(2008)384-386；2、牟宗信，真空科学与技术学报，32(2012)6-12。本发明考虑到材料的长期使用，与已有操作方法不同，创新性地使用金属Y作为过渡层，然后在过渡层的基础上射频反应溅射沉积非晶态Si₃N₄膜法，通过调控工艺参数，最终制备出各层膜厚可控具有超强抗腐蚀性能的Y/Si₃N₄复合涂层材料。

发明内容

本发明的目的在于提供膜厚可控，具有良好抗腐蚀性能的一种镁合金表面制备钇/氮化硅复合涂层材料的方法。

本发明包括以下步骤：

1）基体前处理；

2）靶材预溅射；

3）直流溅射沉积过渡层金属Y膜；

4）射频反应溅射沉积外层非晶态Si₃N₄膜。

在步骤1）中，所述基体前处理，可依次进行机械研磨抛光处理、超声波清洗处理、离子源轰击清洗处理。所述机械研磨抛光处理，可先将镁合金在1000目SiC水磨砂纸上研磨至表面平整，置于无水乙醇中超声波清洗5min；接着在2000目SiC水磨砂纸上研磨至划痕沿同一方向，置于乙醇中超声波清洗5min；然后在5000目SiC水磨砂纸上沿垂直2000目划痕方向研磨90~120s，置于乙醇中超声波清洗10min；再依次用粒径为1μm和0.5μm的金刚石抛光膏在抛光盘上进行抛光处理，抛光盘转速为600r/min，抛光至表面呈光亮近镜面状态；蒸馏水冲洗后置于丙酮中超声波清洗15min，然后置于无水乙醇中超声波清洗15min，之后移至样品台，放入腔体内，抽真空进行保护。所述离子源轰击清洗处理，可采用Hall离子源对基体进行清洗，基体温度为250℃，调节Ar流量至10sccm，环境压力为2.3×10^-2Pa，调节偏压为-80~-100V，阴极电流为28.5~29.5A，阴极电压为16~18V，阳极电流为6.8~7.2A，阳极电压为56~58V，清洗5~8min。

在步骤2）中，所述靶材预溅射，可将腔体环境温度加热至120~150℃，镁合金基体温度加热至250℃，通入Ar气（纯度99.999%），流量设定在40sccm，调节腔体内工作压力至1.0Pa，将Y金属靶材（纯度99.9%）功率调节至180~200W，预溅射10min；然后将直流电源接至纯Si靶材（纯度99.99%），功率调节至180~200W，预溅射10min；以除去靶材表面氧化物等杂质污染，活化靶材表面原子，提高纯度的同时也提高靶材的溅射速率。

在步骤3）中，所述直流溅射沉积过渡层金属Y膜，可在确认腔体环境温度为120~150℃，镁合金基体温度为250℃后进行如下操作：调节Ar流量至60sccm，此时腔室压力为1.50Pa，调节腔室压力至0.30Pa；转动样品台，使样品台正对Y金属靶材，两者距离为10cm；将靶材直流溅射功率升至250W，打开靶材档板，开始计时，溅射沉积一定时间，至膜厚为H₁(50~100nm)，之后迅速关闭靶材档板，调节直流电源功率至0W。

在步骤4）中，所述射频反应溅射沉积外层非晶态Si₃N₄膜，可在过渡层金属Y膜沉积后，进行如下操作：调节Ar流量至0sccm，保持腔体环境温度120~150℃，镁合金基体温度为250℃，抽真空半小时；之后通入高纯N₂气（纯度99.999%）和Ar气，调节氮气流量为20~25%，总流量为60sccm，调节腔室压力至0.30Pa；转动样品台，使样品台正对纯Si靶材，两者距离为8cm；接入射频电源，打开靶材档板，将靶材射频溅射功率升至500W，开始计时，溅射沉积一段时间，至膜厚为H₂，总膜厚满足H₁+H₂=3.00±0.05μm，之后迅速关闭靶材档板，调节直流电源功率至0W。

本发明创造性地使用金属Y作为过渡层，然后在过渡层的基础上射频反应溅射沉积非晶态Si₃N₄膜法。在一定沉积压强、温度、气体流量等条件下，通过改变溅射时间，制备出各层膜厚可控具有超强抗腐蚀性能的Y/Si₃N₄复合涂层材料。通过动电位极化曲线和交流阻抗的电化学测试以及析氢试验和盐雾试验的实际使用测试，结果表明表面覆盖Y/Si₃N₄复合涂层的镁合金拥有良好的抗腐蚀性能。

附图说明

图1为实施例1的GIXRD谱图。在图1中，横坐标为衍射角2θ/°，纵坐标为强度Intensity（a.u.）。

图2为实施例1深度剖析的XPS图。在图2中，横坐标为结合能binding energy/eV，纵坐标为强度Intensity（a.u.）；放大倍数为15000，标尺为1μm。

图3为实施例1的断面SEM图。在图3中，（a）放大倍数为15000，标尺为1μm（b）放大倍数为60000，标尺为200nm。

图4为实施例1的涂层结合力测试前后对照图。在图4中，（a）测试前样品照片；（b）测试后样品照片。

图5为实施例1的电化学测试的动电位极化曲线。在图5中，横坐标为相对于饱和甘汞电极电位/V，纵坐标为电流密度/(A/cm²)。

图6为实施例1的电化学测试交流阻抗图。在图6中，横坐标为总阻抗的实部/ohm·cm²，纵坐标为总阻抗的虚部/ohm·cm²。

图7为实施例1的7天析氢试验。在图7中，横坐标为浸泡时间/h，纵坐标为析氢量/(ml/cm²)。

图8为实施例1的15天盐雾试验前后对照图。在图8中，（a）盐雾试验前样品照片；（b）15天盐雾试验后样品照片。

图9为实施例4的断面SEM图。在图9中，（a）放大倍数为15000，标尺为1μm；（b）放大倍数为60000，标尺为200nm。

图10为实施例4的电化学测试的动电位极化曲线。在图10中，横坐标为相对于饱和甘汞电极电位/V，纵坐标为电流密度/(A/cm²)。

图11为实施例4的电化学测试的交流阻抗图。在图11中，横坐标为总阻抗的实部/ohm·cm²，纵坐标为总阻抗的虚部/ohm·cm²。

图12为实施例4的7天析氢试验。在图12中，横坐标为浸泡时间/h，纵坐标为析氢量/(ml/cm²)。

图13为实施例4的15天盐雾试验前后对照图。在图13中，（a）盐雾试验前样品照片；（b）15天盐雾试验后样品照片。

具体实施方式

实施例1

1、基体前处理

（1）机械研磨抛光处理，先将镁合金在1000目SiC水磨砂纸上研磨至表面平整，置于无水乙醇中超声波清洗5min；接着在2000目SiC水磨砂纸上研磨至划痕沿同一方向，置于乙醇中超声波清洗5min；然后在5000目SiC水磨砂纸上沿垂直2000目划痕方向研磨90s，置于乙醇中超声波清洗10min；再依次用粒径为1μm和0.5μm的金刚石抛光膏在抛光盘上进行抛光处理，抛光盘转速为600r/min，抛光至表面呈光亮近镜面状态，蒸馏水冲洗。

（2）超声清洗处理，置于丙酮中超声波清洗15min，然后置于无水乙醇中超声波清洗15min，之后移至样品台，放入腔体内，抽真空进行保护。

（3）离子源轰击清洗处理，采用Hall离子源对基体进行清洗，基体温度为250℃，调节Ar流量至10sccm，环境压力为2.3×10^-2Pa，调节偏压为-80V，阴极电流为29.5A，阴极电压为18V，阳极电流为7.2A，阳极电压为58V，清洗5min。

2、金属Y、纯Si靶材预溅射

将腔体环境温度加热至120℃，镁合金基体温度加热至250℃，通入Ar气（纯度99.999%），流量设定在40sccm，调节腔体内工作压力至1.0Pa，将Y金属靶材（纯度99.9%）功率调节至180W，预溅射10min；然后将直流电源接至纯Si靶材（纯度99.99%），功率调节至180W，预溅射10min；以除去靶材表面氧化物等杂质污染，活化靶材表面原子，提高纯度的同时也提高靶材的溅射速率。

3、直流溅射沉积过渡层金属Y膜

确认腔体环境温度为120℃，镁合金基体温度为250℃。调节Ar流量至60sccm，此时腔室压力为1.50Pa，调节腔室压力至0.30Pa；转动样品台，使样品台正对Y金属靶材，两者距离为10cm；将靶材直流溅射功率升至250W，打开靶材档板，开始计时，溅射沉积15s，之后迅速关闭靶材档板，调节直流电源功率至0W。

4、射频反应溅射沉积外层非晶态Si₃N₄膜

在过渡层金属Y膜沉积后，调节Ar流量至0sccm，保持腔体环境温度120℃，镁合金基体温度为250℃，正常抽真空半小时；之后通入高纯N₂气（纯度99.999%）和Ar气，调节氮气流量为20%，总流量为60sccm，调节腔室压力至0.30Pa；转动样品台，使样品台正对纯Si靶材，两者距离为8cm；接入射频电源，打开靶材档板，将靶材射频溅射功率升至500W，开始计时，溅射沉积96min，之后迅速关闭靶材档板，调节直流电源功率至0W。

5、Y/Si₃N₄复合涂层材料的总膜厚表征采用Dektak3 Series膜厚测量仪，总膜厚为2.96μm。图1为Y/Si₃N₄复合涂层材料的GIXRD谱图，表明制备的涂层是具有密排六方结构的Y涂层，未出现氮化硅的衍射峰，说明氮化硅为非晶态存在。图2为实施例1深度剖析的XPS图，表面氮化硅为化合物Si₃N₄。图3为实施例1的断面SEM图：（a）表明涂层致密，密排生长，非柱状晶结构；（b）大致可看出Y过渡层的厚度为50±5nm。图4为实施例1涂层结合力测试前后对照图：（a）测试前的实施例1样品；（b）测试后的样品。实验标准参照ASTM D3359-02，结果表明，交叉点处有少量涂层剥落，但受影响面积不到5%，说明涂层结合力良好。图5和图6为实施例1的电化学测试结果：图5为动电位极化曲线；图6为交流阻抗，结果表明，相对于未镀膜镁合金，表面覆盖Y/Si₃N₄复合涂层的镁合金拥有优良的抗腐蚀性能。图7为实施例1的7天析氢试验，结果表明在试验期间，表面覆盖Y/Si₃N₄复合涂层的镁合金表现出良好的耐蚀性能（析氢量趋近于零）。图8为实施例1的15天盐雾试验前后对照图，实验标准参照GBT6461-2002，缺陷面积小于0.5%，保护评级R_p≥8，与之前的测试结果一致，说明表面覆盖Y/Si₃N₄复合涂层的镁合金的确具有优良的抗腐蚀性能。

实施例2

1、基体前处理

（1）机械研磨抛光处理，先将镁合金在1000目SiC水磨砂纸上研磨至表面平整，置于无水乙醇中超声波清洗5min；接着在2000目SiC水磨砂纸上研磨至划痕沿同一方向，置于乙醇中超声波清洗5min；然后在5000目SiC水磨砂纸上沿垂直2000目划痕方向研磨100s，置于乙醇中超声波清洗10min；再依次用粒径为1μm和0.5μm的金刚石抛光膏在抛光盘上进行抛光处理，抛光盘转速为600r/min，抛光至表面呈光亮近镜面状态，蒸馏水冲洗。

（2）超声清洗处理，同实施例1。

（3）离子源轰击清洗处理，采用Hall离子源对基体进行清洗，基体温度为250℃，调节Ar流量至10sccm，环境压力为2.3×10^-2Pa，调节偏压为-90V，阴极电流为28.5A，阴极电压为16V，阳极电流为6.5A，阳极电压为56V，清洗8min。

2、金属Y、纯Si靶材预溅射

将腔体环境温度加热至130℃，镁合金基体温度加热至250℃，通入Ar气（纯度99.999%），流量设定在40sccm，调节腔体内工作压力至1.0Pa，将Y金属靶材（纯度99.9%）功率调节至190W，预溅射10min；然后将直流电源接至纯Si靶材（纯度99.99%），功率调节至190W，预溅射10min；以除去靶材表面氧化物等杂质污染，活化靶材表面原子，提高纯度的同时也提高靶材的溅射速率。

3、直流溅射沉积过渡层金属Y膜

确认腔体环境温度为130℃，镁合金基体温度为250℃。调节Ar流量至60sccm，此时腔室压力为1.50Pa，调节腔室压力至0.30Pa；转动样品台，使样品台正对Y金属靶材，两者距离为10cm；将靶材直流溅射功率升至250W，打开靶材档板，开始计时，溅射沉积18s，之后迅速关闭靶材档板，调节直流电源功率至0W。

4、射频反应溅射沉积外层非晶态Si₃N₄膜

在过渡层金属Y膜沉积后，调节Ar流量至0sccm，保持腔体环境温度130℃，镁合金基体温度为250℃，正常抽真空半小时；之后通入高纯N₂气（纯度99.999%）和Ar气，调节氮气流量为22%，总流量为60sccm，调节腔室压力至0.30Pa；转动样品台，使样品台正对纯Si靶材，两者距离为8cm；接入射频电源，打开靶材档板，将靶材射频溅射功率升至500W，开始计时，溅射沉积95.5min，之后迅速关闭靶材档板，调节直流电源功率至0W。

5、Y/Si₃N₄复合涂层材料的总膜厚表征采用Dektak3 Series膜厚测量仪，总膜厚为3.01μm。实施例2的GIXRD谱图同实施例1，涂层具有密排六方结构的Y涂层，未出现氮化硅的衍射峰，说明氮化硅为非晶态存在。实施例2深度剖析的XPS图同实施例1，表面氮化硅为化合物Si₃N₄。实施例2的断面SEM图类似实施例1，涂层致密，Y过渡层的厚度为60±5nm。实施例2的涂层结合力测试同实施例1，涂层结合力良好。实施例2的电化学测试结果同实施例1，相对于未镀膜镁合金，表面覆盖Y/Si₃N₄复合涂层的镁合金拥有优良的抗腐蚀性能。实施例2的7天析氢试验同实施例1，结果表明，在试验期间，表面覆盖Y/Si₃N₄复合涂层的镁合金表现出优良的耐蚀性能（析氢量趋近于零）。实施例2的15天盐雾试验同实施例1，实验标准参照GBT6461-2002，缺陷面积小于0.5%，保护评级R_p≥8，与之前的测试结果一致，说明表面覆盖Y/Si₃N₄复合涂层的镁合金的确具有优异的抗腐蚀性能。

实施例3

1、基体前处理

（1）机械研磨抛光处理，先将镁合金在1000目SiC水磨砂纸上研磨至表面平整，置于无水乙醇中超声波清洗5min；接着在2000目SiC水磨砂纸上研磨至划痕沿同一方向，置于乙醇中超声波清洗5min；然后在5000目SiC水磨砂纸上沿垂直2000目划痕方向研磨110s，置于乙醇中超声波清洗10min；再依次用粒径为1μm和0.5μm的金刚石抛光膏在抛光盘上进行抛光处理，抛光盘转速为600r/min，抛光至表面呈光亮近镜面状态，蒸馏水冲洗。

（2）超声清洗处理，同实施例1。

（3）离子源轰击清洗处理，采用Hall离子源对基体进行清洗，基体温度为250℃，调节Ar流量至10sccm，环境压力为2.3×10^-2Pa，调节偏压为-100V，阴极电流为29A，阴极电压为17V，阳极电流为6.8A，阳极电压为57V，清洗7min。

2、金属Y、纯Si靶材预溅射

将腔体环境温度加热至140℃，镁合金基体温度加热至250℃，通入Ar气（纯度99.999%），流量设定在40sccm，调节腔体内工作压力至1.0Pa，将Y金属靶材（纯度99.9%）功率调节至200W，预溅射10min；然后将直流电源接至纯Si靶材（纯度99.99%），功率调节至200W，预溅射10min；以除去靶材表面氧化物等杂质污染，活化靶材表面原子，提高纯度的同时也提高靶材的溅射速率。

3、直流溅射沉积过渡层金属Y膜

确认腔体环境温度为140℃，镁合金基体温度为250℃。调节Ar流量至60sccm，此时腔室压力为1.50Pa，调节腔室压力至0.30Pa；转动样品台，使样品台正对Y金属靶材，两者距离为10cm；将靶材直流溅射功率升至250W，打开靶材档板，开始计时，溅射沉积24s，之后迅速关闭靶材档板，调节直流电源功率至0W。

4、射频反应溅射沉积外层非晶态Si₃N₄膜

在过渡层金属Y膜沉积后，调节Ar流量至0sccm，保持腔体环境温度140℃，镁合金基体温度为250℃，正常抽真空半小时；之后通入高纯N₂气（纯度99.999%）和Ar气，调节氮气流量为25%，总流量为60sccm，调节腔室压力至0.30Pa；转动样品台，使样品台正对纯Si靶材，两者距离为8cm；接入射频电源，打开靶材档板，将靶材射频溅射功率升至500W，开始计时，溅射沉积95min，之后迅速关闭靶材档板，调节直流电源功率至0W。

5、Y/Si₃N₄复合涂层材料的总膜厚表征采用Dektak3 Series膜厚测量仪，总膜厚为2.97μm。实施例3的GIXRD谱图同实施例1，涂层具有密排六方结构的Y涂层，未出现氮化硅的衍射峰，说明氮化硅为非晶态存在。实施例3深度剖析的XPS图同实施例1，表面氮化硅为化合物Si₃N₄。实施例3的断面SEM图类似实施例1，涂层致密，Y过渡层的厚度为80±5nm。实施例3的涂层结合力测试同实施例1，涂层结合力良好。实施例3的电化学测试结果同实施例1，相对于未镀膜镁合金，表面覆盖Y/Si₃N₄复合涂层的镁合金拥有优良的抗腐蚀性能。实施例3的7天析氢试验同实施例1，表面覆盖Y/Si₃N₄复合涂层的镁合金表现出良好的耐蚀性能（析氢量趋近零），随着浸泡时间的延长，析氢量有所增长，但依旧表现出较好的抗腐蚀性能。实施例3的7天盐雾试验同实施例1，实验标准参照GBT6461-2002，缺陷面积小于1%，保护评级R_p≥7，与之前的测试结果一致，说明表面覆盖Y/Si₃N₄复合涂层的镁合金的确具有良好的抗腐蚀性能。

实施例4

1、基体前处理

（1）机械研磨抛光处理，先将镁合金在1000目SiC水磨砂纸上研磨至表面平整，置于无水乙醇中超声波清洗5min；接着在2000目SiC水磨砂纸上研磨至划痕沿同一方向，置于乙醇中超声波清洗5min；然后在5000目SiC水磨砂纸上沿垂直2000目划痕方向研磨120s，置于乙醇中超声波清洗10min；再依次用粒径为1μm和0.5μm的金刚石抛光膏在抛光盘上进行抛光处理，抛光盘转速为600r/min，抛光至表面呈光亮近镜面状态，蒸馏水冲洗。

（2）超声清洗处理，同实施例1。

（3）离子源轰击清洗处理，采用Hall离子源对基体进行清洗，基体温度为250℃，调节Ar流量至10sccm，环境压力为2.3×10^-2Pa，调节偏压为-100V，阴极电流为29.2A，阴极电压为17V，阳极电流为7.2A，阳极电压为58V，清洗6min。

2、金属Y、纯Si靶材预溅射

将腔体环境温度加热至150℃，镁合金基体温度加热至250℃，通入Ar气（纯度99.999%），流量设定在40sccm，调节腔体内工作压力至1.0Pa，将Y金属靶材（纯度99.9%）功率调节至200W，预溅射10min；然后将直流电源接至纯Si靶材（纯度99.99%），功率调节至200W，预溅射10min；以除去靶材表面氧化物等杂质污染，活化靶材表面原子，提高纯度的同时也提高靶材的溅射速率。

3、直流溅射沉积过渡层金属Y膜

确认腔体环境温度为150℃，镁合金基体温度为250℃。调节Ar流量至60sccm，此时腔室压力为1.50Pa，调节腔室压力至0.30Pa；转动样品台，使样品台正对Y金属靶材，两者距离为10cm；将靶材直流溅射功率升至250W，打开靶材档板，开始计时，溅射沉积30s，之后迅速关闭靶材档板，调节直流电源功率至0W。

4、射频反应溅射沉积外层非晶态Si₃N₄膜

在过渡层金属Y膜沉积后，调节Ar流量至0sccm，保持腔体环境温度150℃，镁合金基体温度为250℃，正常抽真空半小时；之后通入高纯N₂气（纯度99.999%）和Ar气，调节氮气流量为25%，总流量为60sccm，调节腔室压力至0.30Pa；转动样品台，使样品台正对纯Si靶材，两者距离为8cm；接入射频电源，打开靶材档板，将靶材射频溅射功率升至500W，开始计时，溅射沉积94min，之后迅速关闭靶材档板，调节直流电源功率至0W。

5、Y/Si₃N₄复合涂层材料的总膜厚表征采用Dektak3 Series膜厚测量仪，总膜厚为3.05μm。实施例4中Y/Si₃N₄复合涂层材料的GIXRD谱图同实施例1，出现Y衍射峰，未出现氮化硅衍射峰，表面氮化硅以非晶态存在。实施例4深度剖析的XPS谱图同实施例1，结果表明，氮化硅以化合物Si₃N₄形式存在。图9为实施例4的断面SEM图，（a）表明Y将Si₃N₄与镁合金基体紧密连接，涂层致密，对其进一步放大，从（b）可算出Y过渡层的厚度为100±5nm。实施例4的涂层结合力测试同实施例1，涂层结合力良好。图10和11为实施例4的电化学测试结果：图10为动电位极化曲线，图11为交流阻抗，结果表明，相对于未镀膜镁合金，表面覆盖Y/Si₃N₄复合涂层的镁合金拥有优良的抗腐蚀性能。图12为实施例4的7天析氢试验，结果表明，表面覆盖Y/Si₃N₄复合涂层的镁合金表现出较好的耐蚀性能（析氢量少），随着浸泡时间的延长，析氢量有所增长，但依旧表现出较好的抗腐蚀性能。图13为实施例4的15天盐雾试验前后对照图，实验标准参照GBT6461-2002，缺陷面积小于2.5%，保护评级R_p≥6，与之前的测试结果一致，说明表面覆盖Y/Si₃N₄复合涂层的镁合金具有良好的抗腐蚀性能。

Claims

1.一种镁合金表面制备钇/氮化硅复合涂层材料的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)基体前处理；

2)靶材预溅射；所述靶材预溅射，是将腔体环境温度加热至120～150℃，镁合金基体温度加热至250℃，通入Ar气，流量设定在40sccm，调节腔体内工作压力至1.0Pa，将Y金属靶材功率调节至180～200W，预溅射10min；然后将直流电源接至Si靶材，功率调节至180～200W，预溅射10min；以除去靶材表面氧化物杂质污染，活化靶材表面原子，提高纯度的同时也提高靶材的溅射速率；

3)直流溅射沉积过渡层金属Y膜；所述直流溅射沉积过渡层金属Y膜，是在确认腔体环境温度为120～150℃，镁合金基体温度为250℃后进行如下操作：调节Ar流量至60sccm，此时腔室压力为1.50Pa，调节腔室压力至0.30Pa；转动样品台，使样品台正对Y金属靶材，两者距离为10cm；将靶材直流溅射功率升至250W，打开靶材档板，开始计时，溅射沉积一定时间，至膜厚H₁为50～100nm，之后迅速关闭靶材档板，调节直流电源功率至0W；

4)射频反应溅射沉积外层非晶态Si₃N₄膜；所述射频反应溅射沉积外层非晶态Si₃N₄膜，是在过渡层金属Y膜沉积后，进行如下操作：调节Ar流量至0sccm，保持腔体环境温度120～150℃，镁合金基体温度为250℃，抽真空30min；之后通入N₂气和Ar气，调节氮气流量为20～25％，总流量为60sccm，调节腔室压力至0.30Pa；转动样品台，使样品台正对纯Si靶材，两者距离为8cm；接入射频电源，打开靶材档板，将靶材射频溅射功率升至500W，开始计时，溅射沉积一段时间，至膜厚为H₂，总膜厚满足H₁+H₂＝3.00±0.05μm，之后迅速关闭靶材档板，调节射频电源功率至0W。

2.如权利要求1所述的一种镁合金表面制备钇/氮化硅复合涂层材料的方法，其特征在于在步骤1)中，所述基体前处理，是依次进行机械研磨抛光处理、超声波清洗处理、离子源轰击清洗处理。

3.如权利要求2所述的一种镁合金表面制备钇/氮化硅复合涂层材料的方法，其特征在于所述机械研磨抛光处理，是先将镁合金在1000目SiC水磨砂纸上研磨至表面平整，置于无水乙醇中超声波清洗5min；接着在2000目SiC水磨砂纸上研磨至划痕沿同一方向，置于乙醇中超声波清洗5min；然后在5000目SiC水磨砂纸上沿垂直2000目划痕方向研磨90～120s，置于乙醇中超声波清洗10min；再依次用粒径为1μm和0.5μm的金刚石抛光膏在抛光盘上进行抛光处理，抛光盘转速为600r/min，抛光至表面呈光亮近镜面状态；蒸馏水冲洗后置于丙酮中超声波清洗15min，然后置于无水乙醇中超声波清洗15min，之后移至样品台，放入腔体内，抽真空进行保护。

4.如权利要求2所述的一种镁合金表面制备钇/氮化硅复合涂层材料的方法，其特征在于所述离子源轰击清洗处理，是采用Hall离子源对基体进行清洗，基体温度为250℃，调节Ar流量至10sccm，环境压力为2.3×10^-2Pa，调节偏压为-80～-100V，阴极电流为28.5～29.5A，阴极电压为16～18V，阳极电流为6.8～7.2A，阳极电压为56～58V，清洗5～8min。

5.如权利要求1所述的一种镁合金表面制备钇/氮化硅复合涂层材料的方法，其特征在于所述Ar气的纯度为99.999％；所述Y金属靶材的纯度为99.9％；所述Si靶材的纯度为99.99％。

6.如权利要求1所述的一种镁合金表面制备钇/氮化硅复合涂层材料的方法，其特征在于所述N₂气的纯度为99.999％。