[發明專利]一種身管內膛雙冶金結合的Cr/Ta雙層涂層制備方法

在審

• 申請號: 202310113328.3
• 申請日: 2023-02-15
• 公開（公告）號: CN116288158A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 牛云松;朱圣龍
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C23C14/16
• 分類號: C23C14/16;C23C14/02;C23C14/32;C23C14/35;C23C14/04
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 于曉波

本發明公開了一種身管內膛雙冶金結合的Cr/Ta雙層涂層制備方法，屬于涂層制備科學領域。該方法先采用離子鍍沉積兩次Cr打底層，第一次沉積弧電流80～150A，基體負偏壓?600～?1000V，沉積10～30min。第二次沉積基體負偏壓調為?80～?200V，沉積30～120min。然后采用高功率脈沖磁控濺射沉積兩次Ta表面層，第一次沉積靶材放電電壓400～800V，脈沖寬度30～100μs，峰值電流200～800A，基體負偏壓?800～?1000V，沉積10～120min；第二次沉積基體負偏壓調為?20～?200V，沉積60～480min。該方法得到雙界面冶金結合涂層，無需后續熱處理。

技術領域：

本發明涉及材料科學技術領域，具體涉及一種身管內膛雙冶金結合的Cr/Ta雙層涂層制備方法。

背景技術：

現階段，國內外火炮身管內膛防護主要還是依靠嚴重污染環境的六價鉻電鍍工藝，雖然對鍍后的廢液進行環?；幚?，但所排放的廢液仍然對環境造成一定程度的污染，相關離子不能降解且生態友好型差。

因此，國內外均開始了磁控濺射鉭相關研究，其中以美國benet實驗室的相關研究較為工程化及系統化，部分研究成果已對外公布。在相關研究(48th?Annual?TechnicalConference?Proceedings(2005),511-518)中發現，在服役4次密閉爆發器的情況下，涂層與基體之間發生大面積的剝離，涂層性能較差。另外，Ellis等人(Acta?Mater.150(2018)317-326)發現在低溫下，因為鉭的吸氣特性，能夠在濺射過程中捕獲氧，從而形成氧化鉭打底層，并基于此外延生長獲得β脆晶相，這將極大的影響涂層的韌性，在炮彈發射時經歷力/熱/化學的交互作用下，使得Ta涂層在界面附近處快速剝落，進而提早失效。

在服役過程中，我們希望結合Cr與基體相容性好、界面匹配性高、耐磨性高以及α-Ta的高耐燒蝕性、高耐腐蝕性及高硬度高塑性的特點，來抵抗身管內膛服役的極端環境。因此，本發明開發了以離子鍍Cr為底層，高功率脈沖磁控濺射Ta為面層的雙層涂層，來解決上述問題。

發明內容：

本發明的目的是提供一種身管內膛雙冶金結合的Cr/Ta雙層涂層制備方法，使得Fe/Cr和Cr/Ta雙界面均形成冶金結合。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種身管內膛雙冶金結合的Cr/Ta雙層涂層制備方法，該方法是在身管內膛表面依次沉積Cr打底層和Ta表面層，并在基體與Cr打底層之間(Fe/Cr)、Cr打底層與Ta表面層之間(Cr/Ta)的界面均形成冶金結合。

該方法具體包括以下步驟：

(1)采用離子鍍工藝，靶材為純鉻柱靶，在基體上沉積Cr打底層；其中弧電流為80～150A，基體負偏壓為-600～-1000V，占空比為50～60％，充入高純Ar氣至真空度為0.2～3Pa，時間為10～30min。

(2)采用離子鍍工藝，靶材為純鉻柱靶，調整工藝參數后繼續沉積Cr打底層；其中弧電流為80～150A，基體負偏壓為-80～-200V，占空比為20～80％，充入高純Ar氣至真空度為0.1～0.5Pa，時間為30～120min。

(3)采用高功率脈沖磁控濺射工藝，靶材為純鉭柱靶，在步驟(2)獲得的Cr打底層上沉積Ta表面層；其中靶材放電電壓為400～800V，脈沖寬度為30～100μs，峰值電流為200～800A，峰值電壓為600～1000V，基體負偏壓為-800～-1000V，占空比為50～60％，充入高純Ar氣至真空度為0.2～3Pa，時間為10～120min。