碳化铬涂层的制备方法是什么？

碳化铬、碳化硅、碳化铌、碳化钛、碳化锆、碳化钨等碳化物涂层通常具有高硬度、良好的耐磨性、耐腐蚀性和耐高温氧化性，常用作金属材料上的保护涂层。其中，碳化铬涂层具有广泛的硬度控制、高磨损和耐腐蚀特性、与钢材料相似的膨胀系数以及较高的结合强度，因此在航空、航天、核电、工装等诸多领域具有广泛的应用前景。铬碳体系中稳定的晶体结构主要包括cr3c2、cr7c3和crc6。不同的晶体结构也显示出不同的性质和特性。硬度、摩擦学性能和耐高温氧化性都随铬与碳的原子比而变化。

碳化铬涂层的制备方法主要有物理气相沉积、喷涂、激光熔覆、热扩散反应和化学气相沉积。喷涂法涂层疏松多孔，粘结强度低；激光熔覆的特点是制备温度高，表面粗糙度大，成分分布不均匀；通过热扩散反应和化学气相沉积制备碳化铬需要在高温下进行，这不适用于温度敏感的基材和容易变形的零件。这些缺点限制了通过这些方法制备的碳化铬涂层在具有高精度要求的领域中的应用。磁控溅射离子镀制备的涂层是一种密度高、结合强度好的绿色制造技术，是制备碳化铬的理想方法。

在物理气相沉积法制备碳化铬的过程中，溅射金属铬靶并引入烃类气体作为碳源与之反应。例如，在cn108330442b中，通过金属铬靶和乙炔的反应溅射制备碳化铬层，这提高了金属基底的表面硬度并提高了耐磨性。这种方法工艺简单，但涂层中会含有一些氢气，这对航空航天和核工艺中使用的钛、锆合金和其他金属材料极为不利。在cn112376017a中，采用石墨靶和铬靶共溅射法制备了蜂窝碳化铬涂层，并引入了缓冲层以改善涂层与基体的结合。然而，这种方法导致涂层中大量的简单碳，降低涂层的高温抗氧化性。开发一种新的高性能致密碳化铬涂层沉积工艺是碳化铬表面保护技术的难点之一。

通过溅射碳化铬陶瓷靶制备碳化铬涂层是可行的，但碳化铬涂层和金属基底的物理性能有很大的不同。采用溅射沉积工艺制备碳化铬涂层时，很难保证涂层与基体之间的结合强度，因此需要合理设计金属底漆的结构和梯度组成。如果使用单个碳化铬靶，由于靶材料的固定元素组成，很难在溅射沉积过程中为突变的异质材料界面提供应力消除，并调节涂层和基底之间的模量和膨胀系数的匹配。本发明结合了碳化铬陶瓷靶和金属铬的多靶共沉积，优化了底漆和过渡层，可以有效提高涂层和基底的结合强度。