[发明专利]一种钛火阻燃涂层及其制备方法

说明书

本发明属于钛合金阻燃涂层技术领域。本发明提供了一种钛火阻燃涂层，由内到外依次包括Cr层、CrN层、TiAlCrN层和TiAlN层。在本发明中，所述Cr层、CrN层和TiAlCrN层是过渡层，TiAlN层是阻燃功能层，所述Cr层直接与钛合金基体表面接触，而在Cr层上依次设计CrN层和TiAlCrN层，使得Cr层向TiAlN阻燃功能层缓慢过渡，层与层之间的物理性质成梯度变化，如硬度逐渐升高，进而提升薄膜与基体的结合性能，同时CrN层也具有一定的防腐抗氧化能力，而TiAlN层抗氧化性能最好，可以有效地限制空气中的氧原子向钛合金基材的扩散，阻止钛合金发生氧化引起燃烧。

技术领域

本发明涉及钛合金阻燃涂层技术领域，尤其涉及一种钛火阻燃涂层及其制备方法。

背景技术

钛合金因其具有比强度高、密度低、抗腐蚀等优点，被广泛地应用于航空、航天领域。但在应用过程中钛合金在剧烈摩擦时，易引起燃烧并自蔓燃，使钛合金部件烧毁失效；同时，熔融的金属液滴飞溅滴落在未燃烧钛合金部件表面时，也会引起钛合金的燃烧并自蔓燃。曾经由于航空发动机压气机叶片与机匣之间的摩擦，发生了钛合金燃烧熔化现象，产生的金属熔融液滴沿切线方向飞出并滴落在钛合金叶片上，从而导致叶片燃烧损毁的重大事故。因此，改善钛合金抗金属熔融液滴引燃的能力是提升钛合金阻燃能力的重要手段。

在现有技术中，提高钛合金钛火阻燃能力的技术包括超音速火焰喷涂铝粉，激光熔覆Al₂O₃以及电火花沉积非晶涂层等，但是以上技术制备出的防钛火涂层与基材之间的结合力强度较差，防钛火涂层的使用寿命较短。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钛火阻燃涂层及其制备方法，本发明所提供的钛火阻燃涂层与钛合金基体结合力强。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种钛火阻燃涂层，由内到外依次包括Cr层、CrN层、TiAlCrN层和TiAlN层。

优选的，所述Cr层、CrN层和TiAlCrN层的厚度独立地为0.1～0.31μm。

优选的，所述TiAlN层的厚度为2.5～10μm。

本发明还提供了一种上述技术方案所述的钛火阻燃涂层的制备方法，包括如下步骤：

(1)将钛合金基体的表面进行预处理，得到洁净的钛合金基体；

(2)通过低温离子镀法在所述洁净的钛合金基体的表面依次沉积Cr层、CrN层、TiAlCrN层和TiAlN层。

优选的，所述预处理包括在钛合金基体表面依次进行湿喷砂处理、溶剂清洗、第一次离子源刻蚀清洗、辉光清洗和第二次离子源刻蚀清洗。

优选的，所述第一次离子源刻蚀清洗和第二次离子源刻蚀清洗的工艺条件独立地包括：温度为300～400℃，真空室内气压为0.2～0.4Pa，Ar气流量为40～60sccm，偏压为-900～-700V，Cr靶的弧电流为80～100A，清洗时间为1～2min。

优选的，沉积所述Cr层的工艺条件包括：温度为300～400℃，真空室内气压为1～2Pa，Ar气流量为40～60sccm，Cr靶的弧电流为50～80A，偏压为-150～-80V，沉积时间为5～10min。

优选的，沉积所述CrN层的工艺条件包括：温度为300～400℃，真空室内气压为1～2Pa，N₂流量60～75sccm，Cr靶的弧电流为50～80A，偏压为-150～-80V，沉积时间为5～10min。