[發明專利]一種TC4合金表面耐磨CrZrN固溶陶瓷涂層及其制備方法

在審

• 申請號: 202211719323.7
• 申請日: 2022-12-30
• 公開（公告）號: CN116200701A
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 繆強;吳宇婷;梁文萍;趙慧;劉睿翔;臧愷;李靜麗;徐健晏;姚巍;張猛;閆榮學;董美靜
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學無錫研究院;南京航空航天大學
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/34;C23C14/02
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 周寧

1.一種TC4合金表面耐磨CrZrN固溶陶瓷涂層，其特征在于，所述涂層為沉積在基體TC4合金表面的CrZrN梯度涂層，所述CrZrN涂層包括靠近基體側的擴散層和最外層的CrZrN沉積層；所述擴散層中Cr、Zr、N元素自涂層向基體內部擴散，Ti元素自基體向涂層擴散；所述沉積層中形成CrN、ZrN、Zr₇Cr₃N₁₀、Zr₃Cr₇N₁₀?固溶體。

2.根據權利要求1所述的TC4合金表面耐磨CrZrN固溶陶瓷涂層，其特征在于，所述擴散層厚度為1μm。

3.根據權利要求1或2所述的TC4合金表面耐磨CrZrN固溶陶瓷涂層，其特征在于，所述沉積層厚度為6μm。

4.權利要求1-3任一項所述TC4合金表面耐磨CrZrN固溶陶瓷涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：將TC4合金基體、靶材、反應室處理后，將基體和靶材放置于反應室中，以Cr、Zr柵極靶為源電極，TC4合金為工件極；

步驟2：對反應室進行氣體清洗排除氣體雜質后，對工件和靶材分別進行30分鐘和10分鐘的Ar離子轟擊，起到清洗和預熱作用；

步驟3：調節TC4合金基體與靶材的間距為15-16mm，爐腔內壓強30-35?Pa，源極電壓800-1000V，工件電壓400-500V，濺射3h后通入N₂，再濺射4h后制得CrZrN固溶陶瓷涂層；

步驟4：結束后，緩慢降低源極電壓及工件極電壓，降至300V，關閉N₂，持續通入Ar₂保溫半小時后將兩個電壓直接調到0，關閉電源。

5.根據權利要求4所述的TC4合金表面耐磨CrZrN固溶陶瓷涂層的制備方法，其特征在于，步驟1中對基體的處理過程為：準備基體TC4合金，依次使用180#、360#、600#、800#粗砂紙和1#、3#、5#金相砂紙逐級打磨，之后用絨布和金剛石拋光膏機械拋光至光滑鏡面；對靶材的處理過程為：依次使用800#、1500#砂紙打磨掉表面氧化膜后，置于無水乙醇中超聲清洗后烘干備用；對反應室的處理過程為：依次使用800#、1500#砂紙打磨真空室內壁以及載物臺保護罩，除去表面氧化膜和雜質，隨后使用無塵布蘸取無水乙醇擦洗至無明顯污漬。

6.根據權利要求4或5所述的TC4合金表面耐磨CrZrN固溶陶瓷涂層的制備方法，其特征在于，靶材為純度為99.95%的高純鉻靶和鋯靶。

7.根據權利要求4所述的TC4合金表面耐磨CrZrN固溶陶瓷涂層的制備方法，其特征在于，步驟2中氣體清洗的過程為：打開機械泵，抽取真空室內氣體，氣壓達到0.1Pa時持續通入氬氣，在20-100Pa的范圍內進行氣體清洗三到四次，確保排出爐內其他氣體，盡量避免氣體雜質對涂層制備過程的影響，氣體清洗完成后將氣壓調節至20Pa，保持涂層制備中過程中氬氣持續通入。

8.根據權利要求4或7所述的TC4合金表面耐磨CrZrN固溶陶瓷涂層的制備方法，其特征在于，步驟2中對工件和靶材的清洗和預熱過程為：啟動偏壓電源柜15分鐘待輝光穩定后，緩慢調節工件電壓至300V，對工件和靶材分別進行30分鐘和10分鐘的Ar離子轟擊。

9.根據權利要求4所述的TC4合金表面耐磨CrZrN固溶陶瓷涂層的制備方法，其特征在于，步驟4所述的源極電壓及工件電壓分別以每5分鐘降低50V和20V的速度將至300V。