[發明專利]一種cBN/Ni-Mo鈦合金葉片葉尖防護涂層的制備方法和應用

在審

• 申請號: 201910488107.8
• 申請日: 2019-06-05
• 公開（公告）號: CN112048752A
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 孫超;劉燚棟;李文赫;劉濺洪;裴志亮;宮駿
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C25D15/00
• 分類號: C25D15/00;C25D3/56;C25D5/38;C25D5/50;C25D3/12;C25D5/14
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明屬于金屬材料表面沉積防護涂層技術領域，具體地說是一種cBN/Ni?Mo鈦合金葉片葉尖防護涂層的制備方法和應用。采用復合電沉積技術，通過“鍍前預活化+帶電入槽+鍍后熱處理”的工藝，在鈦合金基體上制備cBN/Ni?Mo防護涂層，cBN/Ni?Mo防護涂層的表面結構包括Ni相和立方氮化硼，同時Ni晶格中固溶Mo原子形成Ni?Mo合金，該結構涂層呈現較高的顯微硬度、膜?基結合強度和耐磨性能。本發明所涉及的這種鈦合金葉尖防護涂層被成功合成，可顯著改善鈦合金基材的耐磨性和耐溫性能，對于耐磨封嚴涂層的理論研究和實際應用具有重要意義。

技術領域：

本發明屬于金屬材料表面沉積防護涂層技術領域，具體地說是一種cBN/Ni-Mo鈦合金葉片葉尖防護涂層的制備方法和應用。

背景技術：

鈦合金因密度小、比強度高、耐腐蝕性好等優點被廣泛應用于航空工業，是高推重比航空發動機必須使用的材料。然而，鈦合金耐磨性能較差，高速運轉時表面極易形成擦傷；此外，鈦合金導熱系數較低，溫度較高易氧化，一旦發生鈦火將造成重大安全事故。目前，在鈦合金部件上制備封嚴防護涂層是防鈦火、增強其耐磨性和抗氧化性能的有效途徑。對比國、內外相關封嚴涂層的制備技術，電鍍法具有合成溫度較低、操作方便，對工件的尺寸和形狀限制小等優勢，適用于鍍制復雜形狀的壓氣機葉片。但由于鈦是熱力學不穩定的金屬，表面易形成致密的氧化膜，對涂層性能影響很大。因此，需對鈦合金基體表面進行鍍前預處理，而預處理的關鍵是在其表面形成適宜的“活性膜”。

目前，在鈦合金表面形成活化膜的方法中，氫化鈦膜法是研究較為成熟、應用較多的方法。但電鍍氫化鈦活化膜法在制備過程中需用氫氟酸、氟化氫銨等危險藥品，一旦操作不當，極易對人生安全和環境帶來危害。更為重要的是，盡管氫化鈦本身化學穩定性較高，但當使用溫度高于400℃時會發生緩慢分解，易導致涂層脫落。而對于先進航空發動機的壓氣機鈦合金葉片，其實際使用溫度已接近600℃，具有安全隱患。因此，氫化鈦活化膜法不能滿足鈦合金葉片在中溫段使役環境下的要求。

發明內容

在鈦合金表面制備封嚴防護涂層是防鈦火、增強其耐磨性和抗氧化性能的有效途徑。但由于電鍍過程中所形成的氫化鈦活化膜的高溫不穩定性，將對發動機正常工作帶來安全隱患。本發明的目的在于提供一種cBN/Ni-Mo鈦合金葉片葉尖防護涂層的制備方法和應用，使用復合電鍍技術沉積封嚴涂層過程中，利用“鍍前預活化+帶電入槽+鍍后熱處理”工藝，成功解決鈦合金基體與涂層界面匹配性差的問題，使得電鍍沉積的封嚴防護涂層具有較高的耐磨性、膜-基結合強度和高溫抗氧化性能，從而提高鈦合金葉片使用壽命、提高發動機效率、降低油耗和減少成本。

本發明的技術方案是：

一種cBN/Ni-Mo鈦合金葉片葉尖防護涂層的制備方法，首先利用“鍍前預活化+帶電入槽”的工藝在基體上制備純鎳活化層；然后利用復合電沉積技術制備cBN/Ni-Mo涂層，最后對沉積態涂層進行熱處理；cBN/Ni-Mo涂層的表面結構包括Ni相和立方氮化硼，同時Ni晶格中固溶Mo原子形成Ni-Mo合金。

所述的cBN/Ni-Mo鈦合金葉片葉尖防護涂層的制備方法，基體為鈦合金。

所述的cBN/Ni-Mo鈦合金葉片葉尖防護涂層的制備方法，Ni-Mo合金中，Ni元素的原子百分含量為75～90％，Mo的原子百分含量10～25％。

所述的cBN/Ni-Mo鈦合金葉片葉尖防護涂層的制備方法，cBN顆粒的粒徑范圍為80～150μm。

所述的cBN/Ni-Mo鈦合金葉片葉尖防護涂層的制備方法，沉積態涂層經熱處理后，獲得高硬度耐磨耐溫的鈦合金葉片葉尖防護涂層；其中，防護涂層的結合力采用拉伸試驗的方法進行測試，防護涂層的結合力范圍為50～55MPa；防護涂層在常溫下的摩擦系數為0.3～0.6，防護涂層顯微硬度為800～1100HV。

所述的cBN/Ni-Mo鈦合金葉片葉尖防護涂層的制備方法，該方法具體包括如下步驟：