[發明專利]一種超厚吸能涂層的制備方法

有效

• 申請號: 201910548727.6
• 申請日: 2019-06-24
• 公開（公告）號: CN110144562B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 廖斌;歐陽曉平;何衛鋒
• 申請（專利權）人: 北京師范大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/06;C23C14/02
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本發明涉及一種超厚吸能涂層的制備方法，包括：S01:對基體進行氣體離子源清洗；S02：基體進行高功率脈沖金屬離子清洗；S03：通入乙炔和氮氣沉積CrAlNC；S04：關閉乙炔閥門，高功率脈沖磁控沉積ZrN；S05：關閉氮氣通入乙炔沉積CrAlC；S06：循環沉積膜層直至膜層厚度大于20微米。本發明實施例提供的方法，通過氣體離子源、高功率脈沖磁控、多弧離子鍍技術相結合的方式，沉積的超厚涂層其內應力低、韌性、抗沖擊及吸能特性性好。因其方法簡單、易操作，且成本低、效率高，非常適合批量生產。

技術領域

本發明涉及耐高速粒子沖蝕的涂層領域，尤其涉及超厚超韌涂層的制備方法。

背景技術

發動機在沙漠等惡劣環境下工作時，尤其在起飛和降落過程中，自然環境中的砂塵在氣流的作用下被揚起而形成一個局部的高濃度砂塵環境，大量的砂塵被吸入發動機內，由于相對速度過高，能量過大對壓氣機葉片造成嚴重沖蝕磨損，顯著減少了葉片服役壽命。

發明內容

為解決上述問題，需要對基體進行表面改性，增強表面硬度，耐磨性以及抗沖蝕性。吸能涂層是解決這一問題的有效手段，可以在壓氣機不改變葉片設計的基礎上顯著提高其抗沖蝕、耐磨損性能，現已成為吸能涂層應用的一大熱點。

鑒于此，本發明實施例提供了一種超厚吸能涂層的方法，包括以下步驟：

S01:對基體進行氣體離子源清洗；

利用氣體離子源對基體表面進行表面清洗拋光。所述離子源為陽極層氣體霍爾源，同時在進行表面氣體離子源清洗過程中，進行加熱處理，加熱溫度不低于400℃。同時離子源處理分為兩個階段進行；第一階段0-600V，束流2-5A，處理30min，緊接著1200-1800V，束流0-1A，處理40min；

相比與傳統的處理技術本發明使用的是階梯式的表面清洗，先進行低壓大電流清洗，快速去除表面的污染物，同時通過高能清洗能在表面形成納米級至幾十納米的的粗糙度，大幅提高基體的比表面積，該項操作能有效提高基體與膜層的結合強度。

S02：基體進行高功率脈沖金屬離子清洗；

在基體高功率脈沖金屬清洗過程中，清洗金屬元素為Ti、Cr、C、Co或Hf；金屬離子清洗時的束流直徑為800mm。

相比于傳統的清洗技術，高功率脈沖金屬離子清洗的峰值功率可為1MW，高功率峰值在清洗過程中方便實現熱峰效應，能夠在界面/表面釋放熱應力以及其他應力有利于后續膜層的沉積。

S03：通入乙炔和氮氣沉積CrAlNC；

沉積膜層時通入的為乙炔和氮氣量為隨時間正弦交替變化。乙炔進氣量為0-500sccm，氮氣進氣量為0-1000sccm，乙炔和氮氣為隨時間正弦變化，動態過程中乙炔與氮氣進氣量瞬態值比不高于1：2。

相比于傳統的固定乙炔和氮氣進氣量比，本專利采用正弦進氣,氣量隨時間變化，成膜時為梯度漸進無明顯過渡層，膜層結合強度好、應力低，形成高韌性和高硬度的實時匹配循環膜層，大大增加了膜層本身的吸能特性。

S04：關閉乙炔閥門，高功率脈沖磁控沉積ZrN；

S05：關閉氮氣通入乙炔沉積CrAlC；

工件為勻速公轉，氮氣和乙炔的開關與擋板閥的開關形成聯動。

相比于傳統的多層膜制備，本發明膜層制備過程中磁控靶和多弧靶一直為開啟狀態，通過擋板閥的運動進行沉積膜層種類的控制，沉積多層膜層內單元層的厚度以及各子層的厚度均可通過擋板閥的運動速度、公轉速度來實現，方便大規模的精確制備。

S06：循環沉積膜層直至膜層厚度大于20μm。