[發(fā)明專利]一種多元合金靶材、多元金屬/氮化物復(fù)合涂層及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910575465.2
• 申請日: 2019-06-28
• 公開（公告）號: CN110257780B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫志平;孟慶杰;田曉東;袁戰(zhàn)偉;李玉琴;何光宇;陳永楠
• 申請（專利權(quán)）人: 長安大學(xué)
• 主分類號: C23C14/32
• 分類號: C23C14/32;C22C14/00;C23C14/06;C23C14/16
• 代理公司: 西安睿通知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 61218
• 代理人: 惠文軒

本發(fā)明公開了一種多元合金靶材、多元金屬/氮化物復(fù)合涂層及其制備方法，該多元合金靶材為Ti?Al?Cr?Zr?Mo合金；該復(fù)合涂層以鈦合金為基體材料，以Ti?Al?Cr?Zr?Mo多元合金為靶材，包括一組或多組沿基體材料依次生長的金屬層和氮化物層。該復(fù)合涂層的制備方法為：對鈦合金基體依次進行離子轟擊清洗，采用多弧離子鍍對轟擊清洗的基體進行多元金屬層沉積；在多元金屬層之上沉積多元氮化物層，得多元金屬/氮化物復(fù)合涂層。本發(fā)明通過合理設(shè)計多元合金靶材的成分，使復(fù)合涂層與基體之間相互匹配，使涂層具有良好的抗沖蝕、抗腐蝕、抗氧化性能，且提高涂層與鈦合金基體的結(jié)合力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及表面涂層技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多元合金靶材、多元金屬/氮化物復(fù)合涂層及其制備方法。

背景技術(shù)

氮化物涂層具有優(yōu)異的耐磨性能、抗沖蝕性能，在航空領(lǐng)域和機械加工領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用于合金的表面改性。過渡族金屬的氮化物之間能夠相互固溶，利用這種特性將Al、Zr、Nb等取代Ti形成多元的TiAlN、TiZrN和TiNbN等氮化物；通過控制涂層中的化學(xué)組分和沉積條件，獲得兼?zhèn)涓哂捕群透唔g性的多元氮化物涂層已經(jīng)成為航空和機械領(lǐng)域的常用方法。

國外主要將氮化物抗沖蝕涂層用于多個型號的直升機的發(fā)動機引擎螺旋槳及壓氣機轉(zhuǎn)子葉片上；國內(nèi)主要將氮化物涂層應(yīng)用于壓氣機整流器的防護，用于沿海電廠考核。目前主要集中于三元合金氮化物涂層的研究，如通過在TiN中加入Al元素形成三元TiAlN，其抗沖蝕性能可以高達TiN涂層的7倍。而TiAlN/CrAlN多層涂層的硬度值可以達到通過混合法則計算值的1.24倍，硬度的提高主要是由于TiAlN和CrAlN兩種材料的彈性模量差和在界面處產(chǎn)生的交變應(yīng)力場。但是，這種三元合金氮化物雖然有效的提高了涂層的硬度和抗沖蝕性，但其在惡劣條件的綜合性能仍然亟待提高。且在現(xiàn)有的研究報道中，多弧離子鍍涂層制備時常采用純元素靶材(如Ti靶、Al靶、Cr靶等)、二元合金靶材(如TiAl合金靶)和三元合金靶(TiAlZr合金靶)，使涂層中金屬組元的成分難以準確控制。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種多元合金靶材、多元金屬/氮化物復(fù)合涂層及其制備方法，本發(fā)明通過設(shè)計多元合金靶材的成分，使多元氮化物復(fù)合涂層與基體之間的熱膨脹系數(shù)、彈性模量和晶格參數(shù)相互匹配，從而使其制備的涂層具有良好抗沖蝕、抗腐蝕性能外，還具有良好的抗氧化性能，提高涂層的綜合性能，延長涂層使用壽命；通過考慮成分離析來優(yōu)化合金靶材成分，解決了傳統(tǒng)的運用多個靶材時涂層成分難以準確控制的問題。本發(fā)明實現(xiàn)了多元金屬/氮化物復(fù)合涂層的多層結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠根據(jù)實際需要，調(diào)節(jié)每層的厚度，提高涂層可控性。

為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以解決。

(一)一種多元合金靶材，包括Ti-Al-Cr-Zr-Mo合金；

優(yōu)選的，所述Ti-Al-Cr-Zr-Mo合金中各金屬的原子百分比為：0.65:0.22:0.05:0.05:0.03。

(二)一種多元合金靶材的制備方法，包括以下步驟：

按Ti-Al-Cr-Zr-Mo多元合金中各金屬的原子百分比稱取相應(yīng)原料，并將稱取的原料加入熔煉爐中進行熔煉，得熔煉液；將熔煉液澆注至石墨磨具中，冷卻后即得Ti-Al-Cr-Zr-Mo多元合金靶材。

優(yōu)選的，所述熔煉爐為真空感應(yīng)水冷銅坩堝懸浮熔煉爐。

優(yōu)選的，所述熔煉具體為：先抽真空，至爐內(nèi)真空度低于0.5Pa，再按照熔煉工藝熔煉兩次；其中，所述熔煉工藝為：先設(shè)置熔煉爐功率為80KW，保溫1min；再調(diào)功率至100KW，保溫2min；再調(diào)功率至120KW，保溫2min；再調(diào)功率至140KW，保溫1min；然后調(diào)功率至130KW，保溫1min；最后調(diào)功率至120KW，保溫1min。

上述Ti-Al-Cr-Zr-Mo多元合金靶材的尺寸可以按照多弧離子鍍設(shè)備的要求進行機械加工。