[發(fā)明專利]一種在鈦合金表面制備強(qiáng)附著力鉬層的方法

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• 申請日: 2019-09-03
• 公開（公告）號: CN110512208A
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬捷;程文濤;李洪義;魏建忠;吳龍
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C23C28/02
• 分類號: C23C28/02;C23C14/16;C23C14/35;C23C16/14;C23C16/02
• 代理公司: 11203 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 張立改<國際申請>=<國際公布>=<進(jìn)入

一種在鈦合金表面制備強(qiáng)附著力鉬層的方法，屬于金屬材料表面改性技術(shù)領(lǐng)域。在經(jīng)過預(yù)處理的鈦上先磁控濺射Cu形成薄膜后化學(xué)氣相沉積W，在此基礎(chǔ)上再上化學(xué)氣相沉積Mo，形成Cu/W/Mo復(fù)合涂層。本發(fā)明提供的鈦合金表面制備強(qiáng)附著力鉬層的技術(shù)，旨在通過磁控濺射銅薄膜提高W涂層和鈦基體的結(jié)合力，增加W層避免鈦基體在后續(xù)化學(xué)氣相沉積Mo過程中受高溫影響而發(fā)生的氫脆和侵蝕，并且能夠提高鈦和鉬的結(jié)合力，進(jìn)而得到既可以保護(hù)鈦基體不被破壞又能與鈦結(jié)合力良好的鉬復(fù)合涂層，改善鈦的性能缺陷，大大擴(kuò)寬了鈦的應(yīng)用范圍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料表面改性技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及了一種在鈦合金表面制備強(qiáng)附著力鉬層的方法。

技術(shù)背景

鈦是上世紀(jì)中期發(fā)展起來的一種重要的新型結(jié)構(gòu)金屬，鈦及其合金具有密度小、比強(qiáng)度高、比剛度高、抗疲勞壽命長、高溫力學(xué)性和蠕變性能好等優(yōu)良的綜合性能，被廣泛的應(yīng)用于航空航天、生物化工、汽車船舶等方面。鈦表面硬度低，耐磨性差，耐腐蝕性不理想，盡管鈦容易在其表面形成氧化膜，但保護(hù)作用極其有限，造成鈦無法滿足實(shí)際生活中大多數(shù)情況的正常使用要求，大大限制了鈦的應(yīng)用。鉬屬于難熔金屬，因此具有難熔金屬的一系列特點(diǎn)：因具有良好的導(dǎo)熱導(dǎo)電性，低膨脹系數(shù)，高溫強(qiáng)度高，耐磨耐腐蝕等性能而廣泛應(yīng)用于冶金、農(nóng)業(yè)、航空航天、電子化工等領(lǐng)域。因此可使用表面改性技術(shù)改善鈦的性能提高應(yīng)用，而目前鈦合金表面制備鉬層產(chǎn)生了很多問題，高溫環(huán)境下易發(fā)生氫脆和侵蝕、基體和涂層結(jié)合差等問題尤為突出。濺射鍍膜的原理是稀薄氣體在異常輝光放電產(chǎn)生的等離子體在電場的作用下，對陰極靶材表面進(jìn)行轟擊，把靶材表面的分子、原子、離子及電子等濺射出來，被濺射出來的粒子帶有一定的動能，沿一定的方向射向基體表面，在基體表面形成鍍層。磁控濺射具有高速低溫的特點(diǎn)，形成的薄膜均勻、成膜質(zhì)量高、鍍膜速率快、成品數(shù)量多以及工藝的穩(wěn)定性好?；瘜W(xué)氣相沉積(CVD)是在熱、光和等離子體等的激活和驅(qū)動下使氣態(tài)物質(zhì)在氣固界面上發(fā)生化學(xué)發(fā)應(yīng)，從而制得穩(wěn)定固態(tài)沉積物的一項(xiàng)材料制備技術(shù)。CVD具有均勻涂覆形狀復(fù)雜零件，制得的涂層純度高、基體和涂層結(jié)合牢固、沉積速度快、設(shè)備簡單操作方便等優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服鈦的性能缺陷，提供一種在鈦合金表面制備強(qiáng)附著力鉬層并防止鈦在沉積鉬層時高溫下發(fā)生氫脆和侵蝕的方法，利用磁控濺射技術(shù)將銅原子濺射到鈦片上制備銅薄膜，再采用化學(xué)氣相沉積的方法在較低溫度下在銅薄膜上直接化學(xué)氣相沉積鎢，最后在此基礎(chǔ)上升到一定溫度后開始化學(xué)氣相沉積鉬，制備出Cu/W/Mo復(fù)合涂層。所制備出的樣品利用WS-2005涂層附著力自動劃痕儀進(jìn)行力學(xué)性能測試，其中復(fù)合涂層結(jié)合力可達(dá)到168.5N，高于鈦合金樣品表面直接CVD鉬涂層的結(jié)合力65.8N；在金屬鈦表面直接化學(xué)氣相沉積鉬，鈦在高溫下發(fā)生氫脆和侵蝕以及鉬涂層和鈦基體結(jié)合不牢固,易出現(xiàn)涂層整體剝落現(xiàn)象，涂層結(jié)合力為65.8N，而在鈦片上磁控濺射銅后再化學(xué)氣相沉積鎢制得與鈦基體結(jié)合良好的Cu/W復(fù)合涂層，在此基礎(chǔ)上升溫至650℃-750℃后沉積鉬，得到Cu/W/Mo復(fù)合涂層，結(jié)合力可達(dá)到168.5N，大幅提高了鉬涂層與鈦基體間的結(jié)合力，并且鈦基體沒有出現(xiàn)任何損壞。本發(fā)明提供的鈦合金表面制備鉬涂層的技術(shù)，通過增加Cu薄膜提高W和Ti的結(jié)合力，增加中間過渡層W為后續(xù)沉積Mo時防止鈦在高溫環(huán)境下出現(xiàn)氫脆和侵蝕做好了準(zhǔn)備。最后得到結(jié)合力優(yōu)良的鉬涂層，既大幅提高鉬涂層與鈦基體間的結(jié)合力，避免了涂層在鈦上的輕易脫落，并防止鈦在沉積過程中發(fā)生氫脆和侵蝕，對鈦基體進(jìn)行了很好的保護(hù)，進(jìn)而提高鈦的性能。

本發(fā)明提供的制備方法，其特征在于，制備過程包括以下步驟：

(1)磁控濺射Cu：以Cu為靶材、經(jīng)過清潔預(yù)處理的TA1為基體。先抽真空再加熱至375℃后開始啟輝預(yù)濺射，預(yù)濺射30s后在鈦基體上濺射銅3h，最后降至室溫取出樣品。