[發明專利]一種緩解復合材料表面金屬涂層微裂紋擴展的方法

在審

• 申請號: 201510576319.3
• 申請日: 2015-09-11
• 公開（公告）號: CN105132863A
• 公開（公告）日: 2015-12-09
• 發明（設計）人: 武生虎;馬占吉;肖更竭;趙棟才;劉孝麗;牟先凱
• 申請（專利權）人: 蘭州空間技術物理研究所
• 主分類號: C23C14/20
• 分類號: C23C14/20;C23C14/28
• 代理公司: 北京中恒高博知識產權代理有限公司 11249
• 代理人: 高玉濱

技術領域

本發明涉及表面工程技術領域，尤其是一種緩解復合材料表面金屬涂層微裂紋擴展的方法。

背景技術

復合材料，特別是樹脂基復合材料因質輕，具有優異的綜合性能和性能可設計性，在導彈、衛星、飛船、空間站等空間飛行器上進行了廣泛的應用。近年來，隨著航天技術和武器裝備技術的發展，對復合材料結構件表面提出了高導電、導熱、熱控等功能和防護要求。為此，必須在復合材料表面制備金屬功能涂層滿足上述提出的應用需求。

然而，由于金屬功能涂層與基底之間熱脹系數差異大、匹配性差，致使復合材料表面沉積的金屬涂層附著力低，且難以承受長期冷熱交變的空間環境，這已經成為復合材料表面金屬功能涂層制備的瓶頸，也阻礙了復合材料在空間的進一步應用。

本發明通過采用一種梯度過渡層，有效提高了涂層與復合材料基底之間的匹配性，通過離子束轟擊形成多層結構金屬功能涂層，有效降低涂層內應力，且多界面結構能有效阻礙涂層內部裂紋的擴展。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提出一種緩解復合材料表面金屬涂層微裂紋擴展的方法，提高了涂層與復合材料基底之間的匹配性，降低了涂層內應力，緩解了復合材料表面金屬涂層在冷熱交變下產生裂紋和裂紋擴展問題。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

一種緩解復合材料表面金屬涂層微裂紋擴展的方法，包括下列步驟：

(1)化學清洗：首先采用棉布蘸丙酮對復合材料表面進行擦洗，然后采用無水乙醇對復合材料表面進行脫水處理；

(2)離子束清洗：在真空室通入氬氣，確保真空室真空度大于等于1.0×10^-2Pa小于等于5.0×10^-2Pa，離子束清洗時間大于等于30min小于等于60min；

(3)梯度過渡層制備：在介質為Ar等離子體氣氛中，在復合材料表面制備梯度過渡層；

（4）多層結構金屬功能涂層制備：在介質為Ar等離子體氣氛中，在過渡層表面制備多層結構的金屬功能涂層。

進一步地，所述步驟（1）采用白色棉布蘸丙酮對復合材料表面進行多遍擦洗，且每次擦洗都要更換干凈棉布，擦洗過程中要根據濕痕判斷擦拭是否有遺漏，直到白色棉布顏色不再發生變化為止。

進一步地，所述步驟（2）中所用離子源的工作電壓大于等于1.5kV，小于等于3.0kV。

進一步地，所述步驟（2）中需疊加大于等于－100V，小于等于－200V的脈沖偏壓，且偏壓要由低到高緩慢上調。

進一步地，所述步驟（3）和（4）的中真空室真空度大于等于1.0×10^-2Pa小于等于5.0×10^-2Pa，

所述步驟（3）中需疊加大于等于－200V，小于等于－500V的脈沖偏壓，

所述步驟（4）中需疊加大于等于－100V小于等于－200V的脈沖偏壓。

進一步地，所述步驟（3）中所述的過渡層包括依次沉積的Cr涂層、CrZr涂層和Zr涂層。

進一步地，所述步驟（3）的中過渡層制備時電弧源工作電流大于等于40A小于等于80A。

進一步地，所述步驟（3）中所述過渡層的厚度大于等于功能層厚度的1/10，小于等于功能層厚度的1/8。

進一步地，所述步驟（4）中功能涂層沉積和離子束轟擊交替進行。

進一步地，所述步驟（4）中每次涂層沉積和離子束轟擊時間大于等于20min，小于等于40min。

本發明一種緩解復合材料表面金屬涂層微裂紋擴展的方法，提高了涂層與復合材料基底之間的匹配性，降低了涂層內應力，緩解了復合材料表面金屬涂層在冷熱交變下產生裂紋和裂紋擴展問題。

具體實施方式

下面結合實施方式對本發明的噴涂方法作進一步詳細說明。本部分的描述僅是示范性和解釋性，不應對本發明的保護范圍有任何的限制作用。

實施例1

(1)化學清洗：首先采用白色棉布蘸丙酮對復合材料表面擦洗3遍，擦洗過程中根據濕痕判斷，確保擦拭無遺漏，然后采用棉布蘸無水乙醇對復合材料表面進行脫水處理；

(2)離子束清洗：在真空室通入氬氣，調節氬氣流量，使真空室真空度為1.0×10^-2Pa，離子源的工作電壓為1.5kV，疊加－100V的脈沖偏壓，離子束清洗時間為30min；