[发明专利]被覆件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种被覆件及其制备方法。

背景技术

碳纤维由于其具有低密度、高强度、高模量、低热膨胀系数、耐腐蚀、易编织加工以及较好的热、电性能等优良特性被广泛用于航天航空、建筑及电子元器件制造等领域。但碳纤维的抗氧化性能较差，且与金属、聚合物复合材料的润湿性不佳，大大限制了碳纤维材料在上述领域的应用。

现有技术利用化学气相沉积技术(CVD)将碳纤维(Cf)与硼化锆(ZrB₂)相结合形成Cf/ZrB₂复合材料，该种Cf/ZrB₂复合材料具有优良的机械性能及韧性，但其高温抗氧化性较差。

贵金属铱(Ir)熔点2443℃，因饱和蒸气压低、氧渗透率低而具有优良的高温抗氧化性能，是唯一在1600℃以上的空气中仍具有很好机械性能的金属。但是由于碳纤维与铱涂层之间润湿性较差，沉积于碳纤维材料上的铱涂层经高温处理后会产生大量裂纹，因此所述铱涂层的高温抗氧化性及抗热震性能较差。

研究发现，采用真空镀膜技术，于Cf/ZrB₂复合基体上依次形成铬涂层及铱涂层，可提高Cf/ZrB₂复合基体及铱涂层的高温抗氧化性及抗热震性能。然而，在高温氧化性条件下，当铱涂层意外失效时，铬涂层与氧气反应形成的Cr₂O₃层较为疏松无法阻止氧气向膜层内部扩散，如此使Cf/ZrB₂复合基体的高温抗氧化性急剧下降。

发明内容

鉴于此，提供一种有效解决上述问题的被覆件。

另外，还提供一种上述被覆件的制备方法。

一种被覆件，其包括基体、依次形成于该基体上的铬渗入层、铬层、氮化铬梯度膜层及铱层；该基体的材质为碳纤维/硼化锆复合材料，该氮化铬梯度膜层包括依次形成于铬层上的第一梯度氮化铬膜层及第二梯度氮化铬膜层，所述第一梯度氮化铬膜层中的氮元素的质量百分含量由靠近基体至远离基体的方向呈梯度增加、所述第二梯度氮化铬膜层中的氮元素的质量百分含量由靠近基体至远离基体的方向呈梯度减少。

一种被覆件的制备方法，包括以下步骤：

提供基体，该基体的材质为碳纤维/硼化锆复合材料；

以铬靶为靶材，于所述基体表面磁控溅射铬层，溅射温度为100～200℃，溅射时间为150～250min；在磁控溅射该铬层的过程中，该铬层与基体界面处的金属铬向基体扩散，于基体与铬层之间形成铬渗入层；

以铬靶为靶材，以氮气为反应气体，于铬层上形成氮化铬梯度膜层，氮化铬梯度膜层包括依次形成于铬层上的第一梯度氮化铬膜层及第二梯度氮化铬膜层，所述第一梯度氮化铬膜层中的氮元素的质量百分含量由靠近基体至远离基体的方向呈梯度增加、所述第二梯度氮化铬膜层中的氮元素的质量百分含量由靠近基体至远离基体的方向呈梯度减少；

以铱靶为靶材，于所述氮化铬梯度膜层上磁控溅射形成铱层。

所述铬层的形成可提高所述氮化铬梯度膜层、铱层与基体之间的结合力，使被覆件经高温处理后铱层不易剥落或裂纹，如此可提高所述被覆件的高温抗氧化性能。由于通过上述制备方法形成的铱层几乎无针孔、具有良好的致密性，如此可进一步提高所述被覆件的抗氧化性。更重要的是，在高温氧化条件下，所述氮化铬梯度膜层可与进入膜层的氧气反应生成致密的氮氧化铬薄膜，如此可阻挡氧气向膜层内部扩散，避免当铱涂层意外失效时所述被覆件的高温抗氧化性能的急剧下降。

由于所述膜层之间的过渡良好，使膜层之间没有成分和力学性能的突变，如此使所述被覆件具有良好的抗热震性能。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的被覆件的剖视图；

图2制备为制备图1中镀膜件所用真空镀膜机的示意图。

主要元件符号说明

被覆件              10

基体                11

铬渗入层            13

铬层                15

氮化铬梯度层        17

第一梯度氮化铬膜层  171

第二梯度氮化铬膜层  173

铱层                19

镀膜机              100

镀膜室              20

真空泵              30

轨迹                21