[實用新型]一種具有硬度梯度層支撐的TiAlN復合超硬涂層

有效

• 申請號: 201721898437.7
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN207738838U
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 聶麗麗
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十三研究所
• 主分類號: C23C14/30
• 分類號: C23C14/30;C23C14/06;C23C14/02;C23C8/36;C23C8/38;C23C8/30;C23C8/32;C23C28/04
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 金凱

本實用新型公開一種具有硬度梯度層支撐的TiAlN復合超硬涂層，所述超硬涂層為自下到上分別為基體材料、擴伸層及沉積層的三層結構；所述基體材料為導電材料；所述的擴伸層為等離子氮碳共滲層；所述的沉積層為氮鋁鈦涂層。致密TiAlN超硬膜層賦予基材充分的耐磨能力；等離子氮碳共滲層具有硬度梯度，可顯著增強對表面硬脆層的支撐，有效地提升TiAlN超硬膜層的承載能力。并且，氮碳還增大了零件表層的殘余應力值，賦予了其更大的疲勞抗力。同時，氮碳共滲層的氮化物、碳化物在熱物理性能上與TiAlN膜層更匹配，膜/基界面更融合，因而使膜層具有更牢固、可靠的結合力，也具有更高的抗熱疲勞性能。

技術領域

本實用新型涉及復合超硬涂層的技術領域，特別是涉及一種具有硬度梯度層支撐的TiAlN復合超硬涂層。

背景技術

隨著現代航空技術不斷發展，為提高發動機推重比，其工作溫度也逐步升高，目前先進軍用發動機的壓氣機出口溫度已達到700℃，燃燒室及加力燃燒室的工作溫度接近2000℃,渦輪進口溫度超過1700℃。圖1是航空發動機渦輪葉片工作溫度演變曲線圖。然而，發動機熱端部位的零件所用的基體材料的性能和所能承受的溫度有限，不可能完全滿足要求，為了提高其壽命、可靠性和抗疲勞等性能，使用多種涂層是種有效方法。從外部到內部設置低溫端到高溫端，各層分別發揮著防護、密封、抗磨、抗沖擊、減震、隔熱等作用，共同提高發動機工作溫度，減少燃油消耗，提高發動機效率，延長熱端部件使用壽命，保障發動機安全可靠的工作。

涂布耐磨涂層是提高零件的抗摩擦磨損性能和沖蝕磨損性能的有效手段。空氣中的塵埃、水滴和沙粒等在高速氣流作用下對風扇/壓氣機葉片的沖蝕導致其過早損毀失效，采用硬質涂層防護可顯著地提高其壽命，而耐沖刷涂層與基材的結合強度必須充分可靠，否則剝離物會產生的磨粒磨損，磨損嚴重的話甚至可能會釀成停機事故。

授權公告號為CN 104520472B的中國實用新型專利公開了一種TiAlN-涂層工具，該工具具有基體和PVD工藝施加至所述主體的單層或多層的耐磨保護性涂層，所述基體由硬質金屬、金屬陶瓷、陶瓷、鋼或高速鋼制成，其中所述耐磨保護性涂層中至少一層是其中x+y＝1的鈦鋁氮層，該層取決于使用的工藝可含有最高達5wt％的其它金屬，所述TiAlN層為具有多個周期性交替的Ti_x(A)Al_y(A)N涂層(A)和Ti_x(B)Al_y(B)N涂層(B)的多涂層亞結構。該實用新型提供的涂層主要用于刀具，使其具有高硬度、高彈性模量，同時具有可接受的殘余應力和切削刃的改進的穩定性。

授權公告號為CN 103469154B的中國實用新型專利公開了一種TiAlN多層涂層，該涂層是以“Ti_1-xAl_xN到Ti_1-yAl_yN到Ti_1-zAl_zN”為一個周期的多層涂層。制備方法為：采用物理氣相沉積的方法沉積一層TiAl過渡層，然后沉積一層Ti_1-xAl_xN的基底層，再在Ti_1-xAl_xN的基底層上循環沉積以“Ti_1-xAl_xN到Ti_1-yAl_yN到Ti_1-zAl_zN”為周期的多層涂層，直至復合涂層的總厚度達到1μm～10μm，其中，0.5≤x<y<z≤1。該實用新型的多層涂層與基體結合緊密、具有高硬度、高強度、特別是高的抗氧化能力。

磨損現象大都發生在材料表面，因此采用表面涂層技術改善金屬材料表面的磨損和腐蝕性能，對提高其使用的安全可靠性以及延長使用壽命是非常有效的。當前，世界各國對于提高金屬材料耐磨和減摩性的研究都比較積極，如美、俄、中、日等航空航天大國，近年來發表了大量的專利技術與研究報道。針對航空發動機不同部件由于工作環境的差別需要，采用的技術主要有：激光熔覆、物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、熱噴涂等。