[發(fā)明專利]一種耐熱蝕復(fù)合防護(hù)涂層及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110033426.7
• 申請(qǐng)日: 2021-01-12
• 公開（公告）號(hào): CN112877637B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何東青;尚倫霖;李文生;成波;翟海民;張新健
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘭州理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C4/06
• 分類號(hào): C23C4/06;C23C4/129;C23C14/00;C23C14/02;C23C14/06;C23C14/16;C23C14/35;C23C14/50;C23C14/54;C23C28/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 趙琪

1.一種耐熱蝕復(fù)合防護(hù)涂層，其特征在于，由設(shè)在以310S不銹鋼為金屬基體上的厚度為250μm的NiCr-Cr₃C₂涂層、NiCr-Cr₃C₂涂層上的厚度為180nm的Cr過渡層、設(shè)在Cr過渡層上的厚度為220nm的Cr/CrAlN過渡層和設(shè)在Cr/CrAlN過渡層層上的厚度為3.2μm的CrAlN層構(gòu)成，

制備方法，包括以下步驟：

⑴將310s不銹鋼表面打磨平整后，采用丙酮清洗液，在超聲功率為800W、溫度為25℃的條件下超聲清洗15min，得到金屬基體；

⑵利用超音速火焰噴涂技術(shù)在金屬基體表面噴涂一層厚度為250μm的NiCr-Cr₃C₂涂層，超音速火焰噴涂的條件是指噴涂粉末為包覆型20％NiCr-80％Cr₃C₂商用粉末，氧氣流量為180L·min^-1，丙烷流量為16L·min^-1，送粉速率為40g·min^-1，噴涂距離為200mm；

⑶將NiCr-Cr₃C₂涂層的表面逐級(jí)打磨，分別用800、1000、1500和2000目砂紙分四級(jí)拋光，單次去除量為5μm，最后用粒度為1.5μm金剛石研磨膏拋至鏡面、拋光至Ra≤0.2μm，且去除量≤50μm后，依次采用無水乙醇、丙酮作為清洗液，在超聲功率為800W、溫度為25℃的條件下超聲清洗15min，然后氮?dú)獯蹈桑?/p>

⑷將步驟⑶所得的表面噴涂有NiCr-Cr₃C₂涂層的金屬基體固定于閉合場(chǎng)非平衡磁控濺射系統(tǒng)樣品架上，先用Ar⁺在偏壓為-500V、時(shí)間為15min的條件下轟擊清洗NiCr-Cr₃C₂涂層，再采用閉合場(chǎng)非平衡磁控濺射技術(shù)，以純度為99.999％的Cr靶、AlCr靶為濺射靶材，AlCr靶為70％Cr-30％Al，通過控制偏壓、靶功率、樣品轉(zhuǎn)架轉(zhuǎn)速制備厚度為180nm的Cr過渡層和厚度為220nm的Cr/CrAlN過渡層；

其中：Cr過渡層沉積條件是指偏壓為-70V，背景真空為2×10^-4Pa，基底溫度為270℃，Cr靶靶功率為1.2kW，沉積10min，樣品轉(zhuǎn)架轉(zhuǎn)速為5rpm；Cr/CrAlN過渡層沉積條件是指Cr靶與CrAl靶相對(duì)放置，偏壓為-50V，基底溫度為280℃，在25min內(nèi)Cr靶功率由1.2kW線性降至0W，CrAl靶靶功率由0W線性增加至2.5kW，Ar/N₂氣流量比為1，總氣壓為0.25Pa，樣品轉(zhuǎn)架轉(zhuǎn)速為2.5rpm；

⑸在Cr/CrAlN過渡層上沉積厚度為3.2μm的CrAlN層，沉積條件是指偏壓為-50V，基底溫度為300℃，CrAl靶靶功率為2.5kW，樣品轉(zhuǎn)架轉(zhuǎn)速為5rpm，Ar/N₂氣流量比為1，總氣壓為0.2Pa，沉積時(shí)間為100min。

2.權(quán)利要求1所述耐熱蝕復(fù)合防護(hù)涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

⑴將310s不銹鋼表面打磨平整后，采用丙酮清洗液，在超聲功率為800W、溫度為25℃的條件下超聲清洗15min，得到金屬基體；

⑵利用超音速火焰噴涂技術(shù)在金屬基體表面噴涂一層厚度為250μm的NiCr-Cr₃C₂涂層，超音速火焰噴涂的條件是指噴涂粉末為包覆型20％NiCr-80％Cr₃C₂商用粉末，氧氣流量為180L·min^-1，丙烷流量為16L·min^-1，送粉速率為40g·min^-1，噴涂距離為200mm；

⑶將NiCr-Cr₃C₂涂層的表面逐級(jí)打磨，分別用800、1000、1500和2000目砂紙分四級(jí)拋光，單次去除量為5μm，最后用粒度為1.5μm金剛石研磨膏拋至鏡面、拋光至Ra≤0.2μm，且去除量≤50μm后，依次采用無水乙醇、丙酮作為清洗液，在超聲功率為800W、溫度為25℃的條件下超聲清洗15min，然后氮?dú)獯蹈桑?/p>

⑷將步驟⑶所得的表面噴涂有NiCr-Cr₃C₂涂層的金屬基體固定于閉合場(chǎng)非平衡磁控濺射系統(tǒng)樣品架上，先用Ar⁺在偏壓為-500V、時(shí)間為15min的條件下轟擊清洗NiCr-Cr₃C₂涂層，再采用閉合場(chǎng)非平衡磁控濺射技術(shù)，以純度為99.999％的Cr靶、AlCr靶為濺射靶材，AlCr靶為70％Cr-30％Al，通過控制偏壓、靶功率、樣品轉(zhuǎn)架轉(zhuǎn)速制備厚度為180nm的Cr過渡層和厚度為220nm的Cr/CrAlN過渡層；

其中：Cr過渡層沉積條件是指偏壓為-70V，背景真空為2×10^-4Pa，基底溫度為270℃，Cr靶靶功率為1.2kW，沉積10min，樣品轉(zhuǎn)架轉(zhuǎn)速為5rpm；Cr/CrAlN過渡層沉積條件是指Cr靶與CrAl靶相對(duì)放置，偏壓為-50V，基底溫度為280℃，在25min內(nèi)Cr靶功率由1.2kW線性降至0W，CrAl靶靶功率由0W線性增加至2.5kW，Ar/N₂氣流量比為1，總氣壓為0.25Pa，樣品轉(zhuǎn)架轉(zhuǎn)速為2.5rpm；

⑸在Cr/CrAlN過渡層上沉積厚度為3.2μm的CrAlN層，沉積條件是指偏壓為-50V，基底溫度為300℃，CrAl靶靶功率為2.5kW，樣品轉(zhuǎn)架轉(zhuǎn)速為5rpm，Ar/N₂氣流量比為1，總氣壓為0.2Pa，沉積時(shí)間為100min。