[發明專利]一種高硬度抗沖蝕耐磨復合涂層、制備方法及應用

在審

• 申請號: 201811615657.3
• 申請日: 2018-12-27
• 公開（公告）號: CN109609905A
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: 蔡飛;張世宏;王啟民;張林;楊英;方煒
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學;安徽多晶涂層科技有限公司
• 主分類號: C23C14/16
• 分類號: C23C14/16;C23C14/18;C23C14/06;C23C14/32;F04D29/02;F04D29/26
• 代理公司: 合肥昊晟德專利代理事務所(普通合伙) 34153
• 代理人: 顧煒燁

本發明公開了一種高硬度抗沖蝕耐磨復合涂層、制備方法及應用，依次包括基材、粘結層和工作層，基材為Ti?6Al?4V鈦合金，粘結層為金屬Cr，工作層為Cr/CrSiN納米多層結構，粘結層厚度為0.15～0.2μm，工作層厚度為2～3μm，高硬度抗沖蝕耐磨復合涂層的制備方法，包括以下步驟：對基材材料進行化學表面處理；對基材材料進行輝光放電清洗；Cr粘結層的沉積；工作層沉積；該涂層各界面結合良好，相互匹配，增加了鈦合金材料的硬度、耐磨性和抗沖蝕性；多層交替循環，增加了界面結構，減少物理氣相沉積涂層針孔缺陷，阻礙裂紋擴展，提高涂層的性能。

技術領域

本發明屬于表面工程技術領域，尤其涉及一種高硬度抗沖蝕耐磨復合涂層、制備方法及應用。

背景技術

復合材料能有效減輕飛行器的重量，可廣泛應用于航空航天領域。在實際應用中復合材料基板常與鈦合金面板膠接而組成鈦合金復合材料結構，如直升機槳葉等，但其膠接強度一直是需要解決的關鍵問題。采用表面處理工藝改善鈦合金表面形貌和化學特性是提高鈦合金與復合材料膠接強度的一個主要途徑。

由于鈦合金特殊的表面特性，采用傳統的表面處理工藝：化學氧化、熱噴涂等表面處理工藝雖然能夠提高其硬度和耐磨性，但是仍然存在鈦合金基體和涂層的結合力不夠強的問題。因此為了在保證基體和鍍層的結合力的前提下，提高鈦合金的硬度、抗沖蝕和耐磨性，需要一種更好的鍍層來提高鈦合金的硬度、抗沖蝕和耐磨性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于：應用現有鈦合金材料表面處理技術，處理后鈦合金材料硬度、耐磨性及抗沖蝕性不能滿足使用要求，提供了一種高硬度抗沖蝕耐磨復合涂層、制備方法及應用。

本發明是通過以下技術方案解決上述技術問題的，本發明的一種高硬度抗沖蝕耐磨復合涂層，依次包括基材、粘結層和工作層，基材為Ti-6Al-4V鈦合金，粘結層為金屬Cr，工作層為Cr/CrSiN納米多層結構。

所述的粘結層厚度為0.15～0.2μm，所述的工作層厚度為2～3μm。

所述的Cr/CrSiN納米多層結構由金屬Cr層和高硬度CrSiN層交替沉積而成，重復次數為8～10次。

所述的Cr/CrSiN納米多層結構中，金屬Cr層厚度為70～80nm，CrSiN層厚度為140～210nm。

一種高硬度抗沖蝕耐磨復合涂層的制備方法，包括以下步驟：

(1)對基材材料進行化學表面處理：

將研磨拋光后的基材材料先用堿性溶液超聲清洗，清洗后用去離子水沖洗并烘干，然后用酸性溶液超聲清洗，清洗后用去離子水沖洗并烘干備用；

(2)對基材材料進行輝光放電清洗：

將化學清洗后的基材放入多弧離子鍍膜室內，置于基材轉架上，對真空室抽真空至10^-5～10^-7Pa，后充入Ar氣，Ar氣流量控制在150～200sccm，工作壓強控制在0.3～0.4Pa；基體加熱到430～450℃，然后開啟脈沖電源，調節偏壓-800～-1100V，基體表面發生輝光放電，輝光放電清潔樣品時間15～20分鐘；

(3)Cr粘結層的沉積：

粘結層沉積在基材輝光放電清洗后原位進行，保持工作氣體、基體溫度和壓強，開啟陰極離子弧弧源Cr靶，Cr的純度為99.999％，基體偏壓-110～-150V，轉架的轉速為3～5rpm，靶材電流60～65A，沉積25～35分鐘，得到Cr粘結層；

(4)工作層沉積：

工作層沉積是在Cr粘結層沉積后進行，保持工作氣體、工作壓力、沉積溫度、爐腔的壓強和陰極離子弧弧源不變，基體偏壓-60～-100V、靶材電流60～80A，沉積10～25min，得到金屬Cr層；