[发明专利]应用于螺旋桨的抗磨耐腐蚀复合涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于螺旋桨的抗磨耐腐蚀复合涂层及其制备方法。

背景技术

船舶螺旋桨长期浸泡在海水中,海水中的盐类、溶解氧,海洋生物和腐败的有机物等,对螺旋桨均有腐蚀性。当螺旋桨运转时,和流体交互作用会受到较大的循环交变应力,加之海水中有较多的氯离子存在,因而使螺旋桨产生应力腐蚀。另外,桨叶表面的局部在使用时会形成涡流,在低压区不断有汽泡形成和破灭,从而造成桨叶表面紧密相连的空穴,即引起了空泡腐蚀。根据研究发现，提高螺旋桨表面的硬度能够有效的抵抗空泡腐蚀。当船舶在内河航行时，由于内河泥沙含量很大，会因磨损造成桨叶形状的改变和叶面光洁度降低，使船的油耗增加，振动加剧，船速降低。

因此要求舰船螺旋桨的材料具有较高的耐海水腐蚀，高硬度以及良好的耐磨性能。目前广泛使用锰铜合金制备船用螺旋桨。锰铜合金在铸态下的机械性能良好，但是在海水环境中对应力腐蚀相当敏感，并有严重的脱成分倾向。并且在江河中运行的螺旋桨还会受到泥沙的冲击磨损。这些因素导致了螺旋桨使用寿命变短。

我们可以通过在现有螺旋桨的表面制备高性能涂层来提高螺旋桨的整体性能。陶瓷材料本身具有高硬度、耐海水腐蚀性以及良好的耐磨性能，可以满足螺旋桨的使用要求。然后目前单一的陶瓷涂层难以同时获得满意的耐腐蚀与耐磨损性能，因此需要研发一种复合涂层来满足使用要求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，提高螺旋桨的使用寿命，本发明在螺旋桨表面引入抗磨耐腐蚀复合涂层提高在复杂环境下使用的螺旋桨的使用寿命，适合于工业化推广，另外还提供了在螺旋桨上应用该复合涂层的制备方法。

采用技术方案如下：

应用于螺旋桨表面的抗磨耐腐蚀复合涂层，由采用多弧离子镀工艺涂覆的CrSiN涂层和TiAlN涂层组成，其中TiAlN涂层位于CrSiN涂层的上方。

按上述方案，CrSiN涂层厚度为1～5μm；TiAlN涂层厚度为1～3μm。

上述应用于螺旋桨表面的抗磨耐腐蚀复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

选取Cr-Si以及TiAl合金作为多弧离子镀靶材；

待涂覆的螺旋桨作为阳极，Cr-Si合金为阴极，通入氮气作为反应气体，采用的多弧离子镀工艺参数为真空度1.5Pa～2.7Pa，加热温度300℃～400℃，靶弧电流设置80A～120A，负偏压-150V～-200V，沉积时间10min～60min，得到覆盖CrSiN涂层的螺旋桨；

以覆盖CrSiN涂层的螺旋桨为阳极，TiAl合金为阴极，通入氮气作为反应气体，多弧离子镀工艺参数为真空度1.5Pa～2.7Pa；加热温度150℃～350℃，靶弧电流60A～100A；负偏压-200V～-400V；沉积时间10min～60min，真空条件下炉冷到室温取出，得到涂覆在螺旋桨表面的抗磨耐腐蚀复合涂层。

按上述方案，Cr-Si合金中Cr含量为40wt%～60wt%；TiAl合金中Ti含量为60wt%～80wt%。

本发明的有益效果：

（1）本发明所采用的多弧离子镀工艺比常规热喷涂工艺所制备的涂层结合力更大，能够使螺旋桨在运行时，涂层不易脱落。

（2）本发明所研制的复合涂层，能够同时满足螺旋桨对于耐腐耐磨两种性能的要求。其中，CrSiN涂层耐腐蚀性能优异；TiAlN涂层具有高硬度，耐磨性能良好。针对螺旋桨的特殊工作环境，将CrSiN涂层和TiAlN涂层结合起来，起到了协同保护作用。

（3）该双层薄膜制备工艺简便，易于控制，生产周期短，操作方便。可以延长螺旋桨的使用寿命，适合于工业化推广。

具体实施方式

为了更好理解本发明下面结合具体的实施例进一步阐述本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

应用于螺旋桨表面的抗磨耐腐蚀复合涂层，由采用多弧离子镀工艺涂覆的CrSiN涂层和TiAlN涂层组成，其中TiAlN涂层位于CrSiN涂层的上方。CrSiN涂层主要作用为防腐，TiAlN涂层主要作用为耐磨，同时两者复合使用还有一定的协同促进作用，应用在螺旋桨的表面，在复杂水文环境下可以大大提高螺旋桨的使用寿命。

经过试验证明，本发明应用于螺旋桨表面，CrSiN涂层厚度最宜为1～5μm；TiAlN涂层厚度最宜为1～3μm。

在螺旋桨表面制备本发明的抗磨耐腐蚀复合涂层过程如下：