[發明專利]提高鈦合金板材硬質耐磨納米涂層粘附強度的方法

有效

• 申請號: 202010158061.6
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111254401B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 袁秦峰;梁必成;賀鵬;王以華
• 申請（專利權）人: 浙江申吉鈦業股份有限公司
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/06;C23C14/02;C23C14/50;C22C29/08
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理

1.一種提高鈦合金板材硬質耐磨納米涂層粘附強度的方法，其特征在于，通過設置可獨立控制的磁控管濺射施加涂層方法獲得合成靶Ti-B-N、Ti-Cr-B-N和Ti-Si-B-C-N，靶用自動擴散高溫合成法制造；使用磁控管噴霧沉積裝置在鈦合金沉積襯層，再用Ar+離子浸蝕襯層后，再用磁控管濺射提供高偏壓、分段植入高能Ti和Ti³⁺施加厚度在50-100nm的涂層；

所述的離子浸蝕方法，通過射頻陰極磁控濺射涂層裝置中的離子發射源向襯層發射Ar⁺離子以進行時間不大于15分鐘的離子浸蝕，離子能量為1.5~2.0kev，從而得到凹凸不平起伏表面；然后在襯層上進一步采用射頻陰極磁控濺射涂層裝置中的大功率脈沖磁控濺射管通過Ti靶提供Ti、B組分，同時向射頻陰極磁控濺射涂層裝置中的真空室內注入壓力0.2Pa的Ar/Ar+N₂混合氣體；再通過射頻陰極磁控濺射涂層裝置中的離子植入器分段植入高能量Ti和Ti³⁺，在壓力0.07Pa的環境下生成最大附著強度的Ti-B-N涂層、Ti-Cr-B-N涂層或Ti-B-Si-C-N涂層；

所述的射頻陰極磁控濺射涂層裝置中設有磁控管噴霧沉積裝置，該裝置置于射頻陰極磁控濺射涂層裝置的真空室內，作為基材的TC4在異丙醇中經受超聲清洗后再沉積襯層，通過向襯層上施加高偏壓250V并設置溫度為200-250°C，控制襯層電流密度記錄為10mA/cm²，壓力0.2Pa的環境下沉積60分鐘；

所述的磁控管噴霧沉積裝置包括：真空室以及設置于磁控管和離子發射源兩個縫隙式平面之間的沉積襯層裝置、氬離子發射源、高能鈦離子植入器、加熱器和直流脈沖高能量電源；其中：基材固定設置于球面旋轉的旋轉支架上并選擇性分別面對磁控管噴射口、氬離子發射源和鈦離子植入器以在基材上沉積襯層、進行Ar+浸蝕和沉積涂層；

所述的襯層包括：單晶硅KAF-4.5(100)、鉻鋼65Cr13和硬質合金YW2；

所述的Ti-B-N涂層對應非晶形相TiB₂，Ti-Cr-B-N涂層對應非晶形相CrB₂，Ti-B-Si-C-N涂層在TiB₂基材上為六角形相，其圖形組織晶粒尺寸依次為3nm、1nm和5nm，其硬度依次為34GPa、33GPa和29GPa，其彈性模量依次為380GPa、370GPa和310GPa，其彈性回復值為58%~60%。

2.根據權利要求1所述的提高鈦合金板材硬質耐磨納米涂層粘附強度的方法，其特征是，所述的合成靶通過射頻陰極磁控濺射涂層裝置中的磁控管，以鈦粉、鉻粉、氮化物、碳化硅、非結晶棕色硼作為原料以高溫自動合成法沉積制備得到。

3.根據權利要求1所述的提高鈦合金板材硬質耐磨納米涂層粘附強度的方法，其特征是，所述的合成靶的直徑Ф125mm，厚8mm。

4.根據權利要求1所述的提高鈦合金板材硬質耐磨納米涂層粘附強度的方法，其特征是，所述的離子浸蝕得到的襯層的表面粗糙度與浸蝕時間成正比。