[發明專利]一種非晶態難熔金屬合金抗燒蝕涂層及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210156690.4
• 申請日: 2022-02-21
• 公開（公告）號: CN114657523A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 柳泉;郭策安;岳明凱;李彩燕;金浩;張偉強;張健
• 申請（專利權）人: 沈陽理工大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/16;C22C45/10;F41A21/22
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明涉及涂層制備技術領域，且特別涉及一種非晶態難熔金屬合金抗燒蝕涂層及其制備方法和應用。將高純Cr和高純Ta分別制備成純Cr單質金屬靶材和純Ta單質金屬靶材，采用真空磁控濺射技術實施雙靶材共濺射方式，在炮鋼基體表面形成非晶態難熔金屬合金抗燒蝕涂層，非晶態難熔金屬合金抗燒蝕涂層的元素包括Ta、Cr，其原子百分比分別為Cr 30％～70％和Ta 30％～70％。該非晶態難熔金屬合金抗燒蝕涂層與基體之間具有良好的結合力以及匹配性，能夠有效抵御高溫火藥氣體的燒蝕，同時減少基體表面涂層的脫落，可以應用在火藥發射軍事裝備領域，為提升部件服役壽命和火炮身管延壽提供理論和技術支持。

技術領域

本發明涉及涂層制備技術領域，且特別涉及一種非晶態難熔金屬合金抗燒蝕涂層及其制備方法和應用。

背景技術

火炮是現代戰場兩軍對戰使用的一種極其重要的火器軍事裝備?；鹋谑侵缚趶皆?0mm以上，通過發射藥反應產生能量拋射彈丸的身管武器，身管是火炮最貴重的構件。各國一直在致力于改進火炮性能，以期獲得更遠的射程、更短的發射間隔、更精確的打擊和更大的毀傷威力。因此，越來越多的新型高能火藥被作為火炮的發射藥使用。新型高能發射藥燃燒雖然為彈丸提供更大的初速，但是使火炮關鍵部件遭受更大的燃燒壓力負載與燃燒氣體燒蝕——火炮身管內膛表面首當其沖。因此，隨著彈藥向高初速、遠射程方向發展，身管需要適應高載、高溫等更加極端惡劣的工況條件，身管的燒蝕與磨損問題成為制約高性能火炮發展的亟待解決的重大關鍵共性技術問題。身管內膛表面的抗燒蝕耐磨損性能是身管延壽的關鍵因素，國內外專家學者廣泛認為在身管內壁開發新型抗燒蝕涂層技術至關重要。迄今為止，因為電鍍Cr鍍層具有硬度高、很好的耐磨性、抗燒蝕性和耐腐蝕性，同時Cr熔點高(1907℃)，是最常見的身管內壁抗燒蝕涂層。然而，電鍍Cr鍍層自帶的微裂紋是高溫發射藥氣體進入身管基體的天然通道，嚴重破壞鍍層與基體界面的結合，最后造成鍍層脫落。同時，鍍液中Cr⁶⁺是強致癌物質，危害自然環境，廢液處理成本高。因此，身管內膛表面延壽迫切需要找到一種替代電鍍Cr涂層的綠色技術。

新型火炮身管內膛涂層技術不斷涌現，如：電火花沉積Cr、W合金，熔鹽電鍍難熔金屬W、Ta，磁控濺射Ta等。Ta由于熔點高(2996℃)、耐磨性好、抗腐蝕性高、表面易鈍化，在身管內膛涂層材料中常常作為首選材料。磁控濺射是一種備受關注的Ta涂層制備技術。然而，Ta濺射涂層一般由α-Ta和β-Ta相組成，α-Ta韌性好而β-Ta脆性大。因此α-Ta所占比例越高，涂層性能越好。但是，僅有單相的α-Ta涂層在沉積過程中需要較高的加熱溫度，惡化炮鋼力學性能。同時，Ta的硬度偏低，甚至低于炮鋼基體的硬度，這樣會導致Ta涂層的耐磨性不足。若開發鉭合金涂層有望成為一種新型高性能身管內膛延壽涂層制備新方法。鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的目的在于提供一種非晶態難熔金屬合金抗燒蝕涂層及其制備方法和應用，其通過非晶態難熔金屬涂層有效地避免了純Ta晶態涂層的組織脆性、硬度低和耐磨性不足等有關問題，兼具Ta、Cr涂層的性能優勢，同時也具備非晶涂層的性能特點。

本發明的技術方案是：

一種非晶態難熔金屬合金抗燒蝕涂層，采用真空磁控濺射技術在基體表面形成非晶態難熔金屬合金抗燒蝕涂層，非晶態難熔金屬合金抗燒蝕涂層的元素包括Ta、Cr，其原子百分比分別為Cr 25％～75％和Ta 25％～75％。

所述的非晶態難熔金屬合金抗燒蝕涂層，非晶態難熔金屬合金抗燒蝕涂層的厚度為1～6μm。

所述的非晶態難熔金屬合金抗燒蝕涂層的制備方法，具體包括如下步驟：

(1)將高純Cr和高純Ta分別制備成純Cr單質金屬靶材和純Ta單質金屬靶材；

(2)采用真空磁控濺射技術實施雙靶材共濺射方式，在炮鋼基體表面形成非晶態難熔金屬合金抗燒蝕涂層。