[發(fā)明專利]一種鈦合金保護(hù)涂層及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811524946.2
• 申請日: 2018-12-13
• 公開（公告）號: CN109487226B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 汪瑞軍;詹華;李振東;王亦奇;徐天楊
• 申請（專利權(quán)）人: 北京金輪坤天特種機(jī)械有限公司;中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院
• 主分類號: C23C14/48
• 分類號: C23C14/48;C23C14/06
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 劉奇

本發(fā)明屬于鈦合金表面涂層技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提供了一種鈦合金保護(hù)涂層，從內(nèi)到外依次為類冶金混合界面層、CrN層、CrCN層和Cr摻雜的DLC層；所述類冶金混合界面層通過離子注入沉積法注入氮離子得到。在本發(fā)明中，離子注入沉積法制備的類冶金混合界面層形成了從芯部到表面硬度的梯度增加，在此基礎(chǔ)上，依次設(shè)置CrN層、CrCN層和Cr摻雜的DLC層，硬度逐步增大，避免了直接在鈦合金表面上沉積涂層時出現(xiàn)硬度突變，能夠承載較高壓力，且Cr元素?fù)诫s的表面工作層在摩擦?xí)r能保持摩擦系數(shù)低于0.1。本發(fā)明所提供的鈦合金保護(hù)涂層在承載500MPa的壓力后，表面沒有受到任何損傷，且摩擦系數(shù)僅為0.07，耐磨性提高3倍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鈦合金表面涂層技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鈦合金保護(hù)涂層及其制備方法。

背景技術(shù)

鈦合金具有比重小、強(qiáng)度高、耐蝕性好的特點，在重視部件重量的航空航天領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用空間。但是，由于鈦合金的表面硬度低，常常表現(xiàn)為在滑動摩擦條件下不穩(wěn)定的摩擦系數(shù)和摩擦導(dǎo)致鈍化膜被破壞，從而帶來高磨損，使其在摩擦學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制。

在鈦合金表面制備保護(hù)涂層是解決其在摩擦學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用受限的有效手段，但由于通常制備的涂層硬度(10Gpa以上)與鈦合金硬度(3～5GPa)之間差異較大，導(dǎo)致涂層與鈦合金基體力學(xué)性能失衡、應(yīng)力過大、涂層承載能力弱，嚴(yán)重限制了鈦合金在重載條件下的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鈦合金保護(hù)涂層及其制備方法，本發(fā)明所提供的鈦合金保護(hù)涂層具有高承載和低摩擦的優(yōu)點。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種鈦合金保護(hù)涂層，從內(nèi)到外依次為類冶金混合界面層、CrN層、CrCN層和Cr摻雜的DLC層；所述類冶金混合界面層通過離子注入沉積法注入氮離子得到。

優(yōu)選的，所述類冶金混合界面層的厚度為0.01～1μm。

優(yōu)選的，所述CrN層的厚度為0.5～1.5μm。

優(yōu)選的，所述CrCN層的厚度為0.5～2.0μm。

優(yōu)選的，所述Cr摻雜的DLC層的厚度為1.0～2.5μm。

本發(fā)明還提供了一種上述技術(shù)方案所述的鈦合金保護(hù)涂層的制備方法，包括如下步驟：

(1)在鈦合金基體表面進(jìn)行氮離子注入，得到類冶金混合界面層；

(2)在所述類冶金混合界面層表面，通過等離子體增強(qiáng)物理氣相沉積法依次沉積CrN層、CrCN層和Cr摻雜的DLC層，得到鈦合金保護(hù)涂層。

優(yōu)選的，所述氮離子注入的氮?dú)饬髁繛?0～150sccm，氮?dú)鈿鈮簽?.2～0.8Pa，射頻功率為0.5～1.5kW，注入電壓為20～40kV，注入頻率為50～300Hz，注入脈寬為10～50μs，注入時間為2～8h。

優(yōu)選的，沉積所述CrN層時的真空室氣壓為0.1～1.0Pa，氬氣流量為100～300sccm，氮?dú)饬髁繛?0sccm,100sccm]，鉻靶電流為5～20A，偏壓為-150～-60V，沉積時間為30～90min。

優(yōu)選的，沉積所述CrCN層時的真空室氣壓為0.1～1.0Pa，氬氣流量為100～300sccm，氮?dú)饬髁繛?0sccm,100sccm]，甲烷氣體流量為(0sccm,150sccm]，鉻靶電流為5～20A，偏壓為-150～-60V，沉積時間為30～120min。

優(yōu)選的，沉積所述Cr摻雜的DLC層時的真空室氣壓為0.1～1.0Pa，氬氣流量為100～300sccm，甲烷氣體流量為(0sccm,150sccm]，鉻靶電流為5～20A，偏壓為-150～-60V，沉積時間為60～240min。