[發明專利]一種具有涂層的鈦合金緊固件及其制造方法和裝置

有效

• 申請號: 201310062333.2
• 申請日: 2013-02-27
• 公開（公告）號: CN103112212A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 胡隆偉;楊兵;楊軍
• 申請（專利權）人: 航天精工有限公司
• 主分類號: B32B15/01
• 分類號: B32B15/01;B32B15/20;C23C14/35;C23C14/16
• 代理公司: 天津濱海科緯知識產權代理有限公司 12211
• 代理人: 楊慧玲

技術領域

本發明涉及薄膜材料技術領域，尤其涉及一種具有涂層的鈦合金緊固件及其制造方法和裝置。

背景技術

鈦合金是飛機理想的結構材料，廣泛應用于飛機結構中。但鈦合金鈍態電位較高，易和鋁合金、復合材料連接件產生電偶腐蝕，同時也能使鈦合金緊固件析氫導致氫脆，造成飛機結構破壞。在使用高強度鋼和鋁合金以前,電鍍鎘涂層作為保護飛機鋼結構件的方法獲得了廣泛使用。采用鈦合金結構件后，電鍍鎘也是防止鈦合金緊固件與連接件之間產生電偶腐蝕的傳統方法，但由于電鍍鎘工藝容易引起鈦合金氫脆、鎘的環境污染和電鍍鎘在鈦合金使用過程中的鎘脆現象，限制了鈦合金緊固件在飛機結構中的應用。

目前已發展了一些可在金屬和其它材料上沉積涂層的方法，比較成熟的工藝有熱浸、噴涂、包鍍、電鍍和物理氣相沉積。前四種方法應用時常受到涂層厚度、結合力、被涂鈦合金緊固件1的尺寸和形狀等因素的制約，受到一定的限制。物理氣相沉積方法可以得到厚度均勻、結合力好的鋁涂層，其中陰極濺射、電弧離子鍍弧和空心陰極沉積設備都可使用。盡管蒸發鍍具有速度快的特點，但其均勻性較差，加離化裝置后其附著力有所提高，可是涂層產品需要復雜的后處理，不利于大批量生產。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的是提供一種具有涂層的鈦合金緊固件及其制造方法和裝置，其能夠有效避免鈦合金氫脆、鎘的環境污染和電鍍鎘在鈦合金使用過程中的鎘脆現象，并且能夠采用很好的制造方法和裝置來制造所需涂層。

為了實現上述目的，本發明采第一方面提供一種具有涂層的鈦合金緊固件，包括緊固件本體，所述涂層是復合鋁涂層；

優選地，所述復合鋁涂層是梯度成分漸變結構。

優選地，所述復合鋁涂層由內向外依次為結合層、共混層和功能層。

優選地，所述結合層為濺射鍍鋁層。

優選地，所述共混層為納米晶鋁和微晶鋁混合層。

優選地，所述功能層為多層鋁涂層。

本發明第二方面提供一種制造具有復合鋁涂層的鈦合金緊固件的方法，其特征在于，依照如下步驟進行：預先對緊固件本體進行輝光清洗，

1）然后用中頻濺射靶在所述緊固件本體上濺射沉積過渡金屬鋁，形成結合層；

2）用直流濺射靶和所述中頻濺射靶在所述結合層上濺射沉積共混鋁復合層，形成共混層；

3）繼續用所述中頻濺射靶和所述直流濺射靶在所述共混層上濺射沉積多層鋁涂層，形成功能層；

上述結合層、共混層、功能層形成所述復合鋁涂層。

優選地，所述步驟1）是在100-450℃，0.1-0.5Pa，-800V到-1000V的條件下進行；所述步驟2）是在100-450℃，0.3-0.8Pa，-100V到-250V的條件下進行；所述步驟3）是在100-350℃，0.2-0.8Pa，-50V到-150V的條件下進行。

優選地，所述步驟1）到3）步驟是在氬氣環境下進行，所述結合層、共混層、功能層的厚度分別為30-50nm、0.5-5um、5-30um。

本發明第三方面提供一種制造具有復合鋁涂層的鈦合金緊固件的裝置，其特征在于：包括真空室，位于真空室中心部位的加熱器，位于真空室一側內壁附近的第一中頻濺射靶以及位于中心部位的與所述第一中頻濺射靶構成對靶的第二中頻濺射靶，位于真空室另一側內壁附近的若干直流濺射靶。

本發明的有益效果是：該涂層緊固件不但具有良好的耐腐蝕性能，同時鋁涂層具有較好的附著力。采用該涂層緊固件后，不但飛機的重量有所減輕，同時避免了緊固件和鋁合金構件的電偶腐蝕問題，使飛機等航空航天設備具有較好的使用可靠性。此外，傳統的鈦合金電鍍鎘會導致嚴重的環境污染和鈦合金緊固件氫脆，嚴重影響鈦合金緊固件的使用。而采用磁控濺射技術在鈦合金緊固件上制備納米復合鋁涂層，不但避免了環境污染問題，同時制備的鋁涂層結構致密，結合力好，可以滿足緊固件長期穩定的工作，提高了鈦合金緊固件的產品質量。

附圖說明

圖1為本發明中所采用制造裝置示意圖；

圖2為本發明復合鋁涂層結構示意圖；

圖3為鈦合金緊固件表面形貌；

圖4為鈦合金緊固件截面金相圖片。

圖中，1、鈦合金緊固件2、直流濺射靶3、爐門4、抽真空口5、中頻濺射靶6、爐壁7、加熱器8、功能層9、共混層10、結合層11、緊固件本體

具體實施方式