[發(fā)明專利]一種Ni-CrSiN耐磨耐蝕涂層及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910018308.1
• 申請(qǐng)日: 2019-01-09
• 公開（公告）號(hào): CN109778119B
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王謙之;周飛;孔繼周;林云根;金旭鑫;丁云仕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C14/06
• 分類號(hào): C23C14/06;C23C14/16;C23C14/35
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳國(guó)強(qiáng)

本發(fā)明公開了一種Ni?CrSiN耐磨耐蝕涂層及其制備方法，該涂層包括CrSiN涂層，以及摻雜于該CrSiN涂層中的金屬Ni，所述金屬Ni以自由態(tài)形式存在。制備方法為：對(duì)基材進(jìn)行預(yù)處理；在基材上依次制備金屬Cr過渡層、CrN過渡層、CrSiN過渡層，最終形成由Cr/CrN/CrSiN三層組成的梯度過渡層；在Cr/CrN/CrSiN梯度過渡層上制備Ni?CrSiN耐磨耐蝕涂層。本發(fā)明將具有良好延展性、耐腐蝕性的元素Ni引入CrSiN涂層，在保證CrSiN涂層硬度的同時(shí)，既提高CrSiN涂層的韌性，又提高CrSiN涂層的耐腐蝕性，形成Ni?CrSiN耐磨耐蝕涂層。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及表面工程領(lǐng)域，具體來說是一種艦載直升機(jī)傳動(dòng)部件適用的Ni-CrSiN耐磨耐蝕涂層及其制備方法。

背景技術(shù)

氮化鉻(CrN)作為第一代表面防護(hù)涂層，因其良好的機(jī)械性能和化學(xué)惰性，無論在表面耐磨或防腐應(yīng)用中均占有一席之地。然而隨著未知領(lǐng)域的不斷開發(fā)和探索，高精密裝備對(duì)表面材料的硬度提出了更高的要求(20GPa)，這就使CrN涂層不再能勝任(硬度10～15GPa)。為了提高CrN涂層的硬度，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開始進(jìn)行納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑，其中通過Si元素?fù)诫s制備的CrSiN涂層具有nc-CrN/a-SiN_x的納米復(fù)合結(jié)構(gòu)，大大提高了CrN涂層的硬度。然而，硬度提高所換來的是CrSiN涂層的脆性；同時(shí)，CrSiN涂層的耐腐蝕性較弱，在海洋環(huán)境中使用時(shí)會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重磨損。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種Ni-CrSiN耐磨耐蝕涂層及其制備方法，將具有良好延展性、耐腐蝕性的元素Ni引入CrSiN涂層，在保證CrSiN涂層硬度的同時(shí)，既提高CrSiN涂層的韌性，又提高CrSiN涂層的耐腐蝕性，形成Ni-CrSiN耐磨耐蝕涂層，從而提高艦載直升機(jī)傳動(dòng)零部件表面的服役強(qiáng)度，最終提高艦載直升機(jī)整體的服役壽命。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種Ni-CrSiN耐磨耐蝕涂層，包括CrSiN涂層，以及摻雜于該CrSiN涂層中的金屬Ni，所述金屬Ni以自由態(tài)形式存在。

一種Ni-CrSiN耐磨耐蝕涂層的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，對(duì)基材進(jìn)行預(yù)處理；

步驟2，梯度過渡層制備：在基材上依次制備金屬Cr過渡層、CrN過渡層、CrSiN過渡層，最終形成由Cr/CrN/CrSiN三層組成的梯度過渡層；

步驟3，Ni-CrSiN耐磨耐蝕涂層制備：在步驟2制備的Cr/CrN/CrSiN梯度過渡層上制備Ni-CrSiN耐磨耐蝕涂層。

所述步驟1中，基材為精拋鈦合金基材，預(yù)處理的具體步驟為：依次用丙酮、酒精和去離子水對(duì)精拋鈦合金基材進(jìn)行超聲清洗，隨后將鈦合金基材裝夾在非平衡磁控濺射腔體內(nèi)的圓環(huán)式載物臺(tái)上；當(dāng)非平衡磁控濺射腔體達(dá)到高真空后通入高純Ar氣，利用離子束槍離化Ar氣，在偏壓下對(duì)鈦合金基材進(jìn)行加速轟擊，去除基材表面殘留物并活化基材沉積表面。

所述步驟1中，偏壓為-450V。

所述步驟2的具體步驟為：

步驟21，首先，通入高純Ar氣，在偏壓下，通過直流陰極濺射金屬Cr靶，在經(jīng)步驟1預(yù)處理的基材上沉積一層金屬Cr過渡層；

步驟22，其次，額外通入N₂氣，在偏壓下，通過直流陰極濺射金屬Cr靶，在步驟21制備的金屬Cr過渡層上再制備一層CrN過渡層；

步驟23，最后，保持通入高純Ar和N₂氣，通過直流陰極濺射金屬Cr靶，直流脈沖陰極濺射非金屬Si靶，在步驟22制備的CrN過渡層上再制備一層CrSiN過渡層，形成由Cr/CrN/CrSiN三層組成的梯度過渡層。