[發(fā)明專利]應(yīng)用于螺旋槳的抗磨耐腐蝕復(fù)合涂層及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410064091.5
• 申請日: 2014-02-25
• 公開（公告）號: CN103789727A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳衛(wèi)國;張樸
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/22
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于螺旋槳的抗磨耐腐蝕復(fù)合涂層及其制備方法。

背景技術(shù)

船舶螺旋槳長期浸泡在海水中,海水中的鹽類、溶解氧,海洋生物和腐敗的有機物等,對螺旋槳均有腐蝕性。當(dāng)螺旋槳運轉(zhuǎn)時,和流體交互作用會受到較大的循環(huán)交變應(yīng)力,加之海水中有較多的氯離子存在,因而使螺旋槳產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。另外,槳葉表面的局部在使用時會形成渦流,在低壓區(qū)不斷有汽泡形成和破滅,從而造成槳葉表面緊密相連的空穴,即引起了空泡腐蝕。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，提高螺旋槳表面的硬度能夠有效的抵抗空泡腐蝕。當(dāng)船舶在內(nèi)河航行時，由于內(nèi)河泥沙含量很大，會因磨損造成槳葉形狀的改變和葉面光潔度降低，使船的油耗增加，振動加劇，船速降低。

因此要求艦船螺旋槳的材料具有較高的耐海水腐蝕，高硬度以及良好的耐磨性能。目前廣泛使用錳銅合金制備船用螺旋槳。錳銅合金在鑄態(tài)下的機械性能良好，但是在海水環(huán)境中對應(yīng)力腐蝕相當(dāng)敏感，并有嚴(yán)重的脫成分傾向。并且在江河中運行的螺旋槳還會受到泥沙的沖擊磨損。這些因素導(dǎo)致了螺旋槳使用壽命變短。

我們可以通過在現(xiàn)有螺旋槳的表面制備高性能涂層來提高螺旋槳的整體性能。陶瓷材料本身具有高硬度、耐海水腐蝕性以及良好的耐磨性能，可以滿足螺旋槳的使用要求。然后目前單一的陶瓷涂層難以同時獲得滿意的耐腐蝕與耐磨損性能，因此需要研發(fā)一種復(fù)合涂層來滿足使用要求。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提高螺旋槳的使用壽命，本發(fā)明在螺旋槳表面引入抗磨耐腐蝕復(fù)合涂層提高在復(fù)雜環(huán)境下使用的螺旋槳的使用壽命，適合于工業(yè)化推廣，另外還提供了在螺旋槳上應(yīng)用該復(fù)合涂層的制備方法。

采用技術(shù)方案如下：

應(yīng)用于螺旋槳表面的抗磨耐腐蝕復(fù)合涂層，由采用多弧離子鍍工藝涂覆的CrSiN涂層和TiAlN涂層組成，其中TiAlN涂層位于CrSiN涂層的上方。

按上述方案，CrSiN涂層厚度為1～5μm；TiAlN涂層厚度為1～3μm。

上述應(yīng)用于螺旋槳表面的抗磨耐腐蝕復(fù)合涂層的制備方法，包括以下步驟：

選取Cr-Si以及TiAl合金作為多弧離子鍍靶材；

待涂覆的螺旋槳作為陽極，Cr-Si合金為陰極，通入氮氣作為反應(yīng)氣體，采用的多弧離子鍍工藝參數(shù)為真空度1.5Pa～2.7Pa，加熱溫度300℃～400℃，靶弧電流設(shè)置80A～120A，負(fù)偏壓-150V～-200V，沉積時間10min～60min，得到覆蓋CrSiN涂層的螺旋槳；

以覆蓋CrSiN涂層的螺旋槳為陽極，TiAl合金為陰極，通入氮氣作為反應(yīng)氣體，多弧離子鍍工藝參數(shù)為真空度1.5Pa～2.7Pa；加熱溫度150℃～350℃，靶弧電流60A～100A；負(fù)偏壓-200V～-400V；沉積時間10min～60min，真空條件下爐冷到室溫取出，得到涂覆在螺旋槳表面的抗磨耐腐蝕復(fù)合涂層。

按上述方案，Cr-Si合金中Cr含量為40wt%～60wt%；TiAl合金中Ti含量為60wt%～80wt%。

本發(fā)明的有益效果：

（1）本發(fā)明所采用的多弧離子鍍工藝比常規(guī)熱噴涂工藝所制備的涂層結(jié)合力更大，能夠使螺旋槳在運行時，涂層不易脫落。

（2）本發(fā)明所研制的復(fù)合涂層，能夠同時滿足螺旋槳對于耐腐耐磨兩種性能的要求。其中，CrSiN涂層耐腐蝕性能優(yōu)異；TiAlN涂層具有高硬度，耐磨性能良好。針對螺旋槳的特殊工作環(huán)境，將CrSiN涂層和TiAlN涂層結(jié)合起來，起到了協(xié)同保護(hù)作用。

（3）該雙層薄膜制備工藝簡便，易于控制，生產(chǎn)周期短，操作方便。可以延長螺旋槳的使用壽命，適合于工業(yè)化推廣。

具體實施方式

為了更好理解本發(fā)明下面結(jié)合具體的實施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。

應(yīng)用于螺旋槳表面的抗磨耐腐蝕復(fù)合涂層，由采用多弧離子鍍工藝涂覆的CrSiN涂層和TiAlN涂層組成，其中TiAlN涂層位于CrSiN涂層的上方。CrSiN涂層主要作用為防腐，TiAlN涂層主要作用為耐磨，同時兩者復(fù)合使用還有一定的協(xié)同促進(jìn)作用，應(yīng)用在螺旋槳的表面，在復(fù)雜水文環(huán)境下可以大大提高螺旋槳的使用壽命。

經(jīng)過試驗證明，本發(fā)明應(yīng)用于螺旋槳表面，CrSiN涂層厚度最宜為1～5μm；TiAlN涂層厚度最宜為1～3μm。

在螺旋槳表面制備本發(fā)明的抗磨耐腐蝕復(fù)合涂層過程如下：