[發明專利]金屬基體表面抗磨蝕防護涂層及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201910747312.1
• 申請日: 2019-08-14
• 公開（公告）號: CN110438465B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 汪愛英;劉林林;孫麗麗;郭鵬;李昊
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/16;C23C14/06;C23C14/18;C23C14/32
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

本發明公開了一種金屬基體表面抗磨蝕防護涂層及其制備方法與應用。所述涂層包括采用線性離子源復合直流磁控濺射技術在金屬基體表面依次形成的Ti過渡層、TiC_x梯度層、第一DLC層、TiC_x/Ti/TiC_x/DLC交替層疊層和頂層，所述TiC_x/Ti/TiC_x/DLC交替層疊層由TiC_x/Ti/TiC_x三明治層和第二DLC層交替層疊形成，所述TiC_x/Ti/TiC_x三明治層包括兩個TiC_x層和設置于所述兩個TiC_x層之間的一個Ti層，所述頂層包括第三DLC層，所述TiC_x中X的取值范圍為0.8～1.3。本發明提供的抗磨蝕防護涂層采用“交替多層+界面梯度+頂層延厚”結構，使得涂層具有良好的綜合力學性能，且有優異的耐腐蝕、耐磨蝕性能。同時，所述抗磨蝕防護涂層在被磨穿后仍能在一定時間內保持良好的減摩潤滑效果，顯示出高的磨蝕失效容忍性。

技術領域

本發明屬于機械零部件表面處理技術領域，具體涉及一種金屬基體表面抗磨蝕防護涂層及其制備方法與應用，具體涉及一種海水泵葉輪及摩擦副部件表面長壽命、高損傷容限的抗磨蝕防護涂層及其制備方法與應用。

背景技術

我國對海洋資源的勘探、開發和利用日益加強。作為適應海洋開發而興起的一門新型技術，以海水為工作流體的海水液壓傳動技術因其安全性高、壓縮系數小、使用和維護成本低、綠色無污染等諸多優點，已逐步應用到海上救助與打撈、海洋資源調查、海洋油氣開采等眾多海洋工程領域。

作為海水液壓傳動系統的核心動力元件，高性能海水泵的開發與研制是推動海水液壓傳動技術發展的關鍵。同時，海水泵因存在柱塞-缸孔、滑靴-斜盤、配流盤-浮動盤等多種運動摩擦副，運行在潤滑性差的海水環境中，加之高速、重載的運行工況，極易出現摩擦副因腐蝕、磨損等原因失效，嚴重影響其工作效能和使用壽命。通過對海水泵的失效模式和失效機理進行分析，發現材料的腐蝕和關鍵摩擦副處材料的摩擦磨損特性是影響海水泵可靠性的關鍵因素。

為解決海水泵相關部件面臨的腐蝕、磨損失效問題，選用抗磨耐蝕新材料和對現有材料進行表面防護處理是兩類主要方法。在選用抗磨耐蝕新材料方面，專利CN101519749A中公開了一種鎳18～20wt％、銅8～10wt％、鉻5～6wt％、鈦4～5wt％、鐵余量的鑄鐵材料，采用該材料鑄造的海水泵葉輪置于含有細砂顆粒的海水滲透井內連續工作2000小時后，其表面銹蝕磨損量不到現有鑄鐵葉輪銹蝕磨損量的1/10，耐銹蝕和抗磨損性能明顯增強。此外，專利CN101476078A提出了一種熱塑性好、成品回收率高的大型海水泵軸的制造方法，所選用的00Cr25Ni7Mo3WCuN超級雙相不銹鋼具有優異的耐海水、鹵素介質腐蝕的能力。

表面防護處理可在不改變零部件用材和成型加工性能的基礎上賦予其優異的表面特性，是提供零部件使役性能和壽命的有效技術手段。專利CN104847685A中提出解決海水泵的腐蝕問題，對鐵基合金葉輪涂覆氧化鉻系陶瓷材料層，對鋁合金泵體內外表面分別涂覆碳化硅和氧化硅系陶瓷材料層。此外，專利CN108251833A中提出了一種使用超高速率激光熔覆技術制備核電海水泵軸表面的方法，采用此方法可在核電海水泵軸表面快速精確地制備平整度好，厚度0.10～0.45mm、無缺陷的鈷基耐腐蝕抗磨損涂層。上述表面涂層雖能顯著提高海水泵零部件的防腐耐磨性能，但制備過程往往經歷高溫，易降低零部件力學性能，同時所制備涂層厚度較大且表面粗糙，對裝配精度要求高、配合間隙小的零部件需預留加工量或進行后期打磨，大大增加了制造成本。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種金屬基體表面長壽命、高損傷容限的抗磨蝕防護涂層及其制備方法與應用，以克服現有技術的不足。

為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括：