[发明专利]一种表面分级复合材料界面层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面分级复合材料界面层及其制备方法，用于金属和金属基复合材料零部件耐磨损抗冲击，属于材料表面工程技术领域。

技术背景

随着重大工程装备的关键金属零部件对耐磨损抗冲击性能要求的提高，耐磨损抗冲击防护涂层作为一种主要的防护手段，不断面临着新的挑战。例如航空发动机耐高温防护涂层、核电站核主泵密封和轴承部件耐磨抗冲击涂层，宽厚板连铸机结晶器抗冲刷涂层等。由于传统耐磨损抗冲击防护涂层的强度与韧性难以兼顾，高硬度通常伴随低韧性，始终存在着涂层与基体间界面强塑性性能不匹配的难题，而且涂层与基体之间界面失配产生的内应力，导致涂层易于开裂，甚至剥落失效。因此，发展低界面应力且强塑性匹配的复合材料涂层十分必要。

1995年，Singh等美国专利“Method for increasing the surface area of ceramics,metals and composites”(US5473138)，发明了一种增加陶瓷、金属和复合材料表面面积，以及粗糙度精度的激光加工方法。1996年，又在美国专利“Method of applying a laser beam creating microscale surface structures prior to deposition of film for increased adhesion”(US5558789)中，利用一种金属、陶瓷和复合材料表面激光加工的半周期粗糙化结构，增加薄膜或涂层与金属、陶瓷和复合材料的结合力。随后，他们在《Science》上发表了“Engineered interfaces for adherent diamond coatings on large thermal-expansion coefficient mismatched substrates”论文，提出了不同于传统的复合材料和功能梯度材料的表面复合材料的概念，所报告的表面复合材料涂层，其三维复合结构只存在于近表面区，可以通过表面改性技术实现。该表面复合材料涂层的显著特点是基体与涂层界面具有三维构型，有效改善了涂层与基体间界面失配产生的应力状态。表面复合材料涂层的低界面应力状态，有利于提高涂层的抗冲击性能，但是界面强塑性匹配问题仍然存在。