316L不銹鋼表面ZrC涂層的制備與性能評價(jià).pdf

1、本文采用射頻磁控濺射技術(shù)在316L不銹鋼表面制備了ZrC涂層。采用X射線衍射分析、透射電子顯微觀察、掃描電子顯微鏡觀察、原子力顯微鏡觀察、納米壓痕實(shí)驗(yàn)、劃痕實(shí)驗(yàn)、電化學(xué)實(shí)驗(yàn)、血小板粘附實(shí)驗(yàn)研究了ZrC涂層的相組成、微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、抗腐蝕性以及血液相容性，重點(diǎn)考察了磁控濺射工藝參數(shù)中襯底溫度的變化對其性能的影響。
　　XRD結(jié)果表明：316L不銹鋼基體和25℃、200℃和400℃下制備的的ZrC涂層均為面心立方結(jié)構(gòu)。隨著沉積溫度

2、的升高，ZrC涂層的衍射峰的強(qiáng)度升高，半峰寬變窄。這說明高的基體溫度使沉積到316L不銹鋼基體上的C原子和Zr原子獲得了更多的能量能充分地發(fā)生擴(kuò)散反應(yīng)形成大尺寸的晶粒。當(dāng)沉積溫度升高到400℃時ZrC涂層的(111)取向變得十分明顯。TEM觀察結(jié)果表明：ZrC涂層是由形狀規(guī)則的直徑約為5nm左右的球狀晶粒組成，其中(111)晶面(晶面間距為 d(111)=0.273nm)和(200)晶面(晶面間距為d(200)=0.238nm)更多的出

3、現(xiàn)在納米球晶中，這與XRD的結(jié)果是一致的，傅里葉變換圖譜中可以標(biāo)記出(111)晶面和(200)晶面，選區(qū)電子衍射圖譜顯示400℃下制備的ZrC涂層為多晶結(jié)構(gòu)，根據(jù)相應(yīng)的相機(jī)常數(shù)值并結(jié)合衍射環(huán)半徑值可標(biāo)記出ZrC涂層為面心立方結(jié)構(gòu)。SEM的分析結(jié)果表明：ZrC涂層表面平整、結(jié)構(gòu)致密、厚度和形貌均勻，ZrC涂層和基體間結(jié)合很好，無明顯的孔洞出現(xiàn)，在不同基體溫度下制備的ZrC涂層的厚度均為1μm左右。AFM分析結(jié)果表明：25℃、200℃和40

4、0℃下制備的ZrC涂層的表面粗糙度變化的趨勢為先降低然后微升。這是由于在較低的基體溫度下沉積在基體上的Zr原子和C原子的獲得的能量不足,導(dǎo)致相互間擴(kuò)散不充分，而隨著基體溫度的升高 Zr原子和C原子獲得更多的能量，高的擴(kuò)散速度和充分的擴(kuò)散程度導(dǎo)致ZrC涂層表面粗糙度下降，但當(dāng)溫度升高到400℃時Zr原子和C原子的擴(kuò)散加劇，促使ZrC納米晶的快速長大，納米晶的長大和團(tuán)聚使ZrC涂層的表面粗糙度稍微升高。
　　納米壓痕實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：Zr

5、C涂層的塑性變形程度比基體316L不銹鋼小，加載時的壓入深度和卸載后的殘余壓入深度都低于316L不銹鋼基體，對于ZrC涂層而言，隨著基體溫度的升高加載時壓入的最大深度和卸載后的殘余深度均變小。這表明ZrC涂層的納米硬度和彈性模量都隨溫度的升高而提高，這是由于高的基體溫度下濺射到316L不銹鋼基體上的Zr和C原子獲得更高的能量，加劇了擴(kuò)散速度，形成了更致密均勻的ZrC涂層。
　　劃痕實(shí)驗(yàn)測試表明：當(dāng)基體溫度升高到200℃以上時ZrC

6、涂層與基體有很好的結(jié)合。這表明在較高的基體溫度下沉積到316L不銹鋼基體上的Zr和C原子獲得高的能量與基體產(chǎn)生了牢固的結(jié)合，導(dǎo)致形成的涂層和基體之間有更高的結(jié)合力。
　　電化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在PBS模擬體液中基體溫度為200℃和400℃下制備的ZrC涂層比25℃制備的ZrC涂層有更好的耐腐蝕性能。這是由于隨著基體溫度的升高涂層和基體間結(jié)合力加大且涂層粗糙度下降，從而減少了涂層與腐蝕介質(zhì)接觸，提高了涂層的耐腐蝕性能。
　　血小