[发明专利]一种高硬度抗冲蚀耐磨复合涂层、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种高硬度抗冲蚀耐磨复合涂层、制备方法及应用，依次包括基材、粘结层和工作层，基材为Ti‑6Al‑4V钛合金，粘结层为金属Cr，工作层为Cr/CrSiN纳米多层结构，粘结层厚度为0.15～0.2μm，工作层厚度为2～3μm，高硬度抗冲蚀耐磨复合涂层的制备方法，包括以下步骤：对基材材料进行化学表面处理；对基材材料进行辉光放电清洗；Cr粘结层的沉积；工作层沉积；该涂层各界面结合良好，相互匹配，增加了钛合金材料的硬度、耐磨性和抗冲蚀性；多层交替循环，增加了界面结构，减少物理气相沉积涂层针孔缺陷，阻碍裂纹扩展，提高涂层的性能。

技术领域

本发明属于表面工程技术领域，尤其涉及一种高硬度抗冲蚀耐磨复合涂层、制备方法及应用。

背景技术

复合材料能有效减轻飞行器的重量，可广泛应用于航空航天领域。在实际应用中复合材料基板常与钛合金面板胶接而组成钛合金复合材料结构，如直升机桨叶等，但其胶接强度一直是需要解决的关键问题。采用表面处理工艺改善钛合金表面形貌和化学特性是提高钛合金与复合材料胶接强度的一个主要途径。

由于钛合金特殊的表面特性，采用传统的表面处理工艺：化学氧化、热喷涂等表面处理工艺虽然能够提高其硬度和耐磨性，但是仍然存在钛合金基体和涂层的结合力不够强的问题。因此为了在保证基体和镀层的结合力的前提下，提高钛合金的硬度、抗冲蚀和耐磨性，需要一种更好的镀层来提高钛合金的硬度、抗冲蚀和耐磨性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：应用现有钛合金材料表面处理技术，处理后钛合金材料硬度、耐磨性及抗冲蚀性不能满足使用要求，提供了一种高硬度抗冲蚀耐磨复合涂层、制备方法及应用。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明的一种高硬度抗冲蚀耐磨复合涂层，依次包括基材、粘结层和工作层，基材为Ti-6Al-4V钛合金，粘结层为金属Cr，工作层为Cr/CrSiN纳米多层结构。

所述的粘结层厚度为0.15～0.2μm，所述的工作层厚度为2～3μm。

所述的Cr/CrSiN纳米多层结构由金属Cr层和高硬度CrSiN层交替沉积而成，重复次数为8～10次。

所述的Cr/CrSiN纳米多层结构中，金属Cr层厚度为70～80nm，CrSiN层厚度为140～210nm。

一种高硬度抗冲蚀耐磨复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

(1)对基材材料进行化学表面处理：

将研磨抛光后的基材材料先用碱性溶液超声清洗，清洗后用去离子水冲洗并烘干，然后用酸性溶液超声清洗，清洗后用去离子水冲洗并烘干备用；

(2)对基材材料进行辉光放电清洗：

将化学清洗后的基材放入多弧离子镀膜室内，置于基材转架上，对真空室抽真空至10^-5～10^-7Pa，后充入Ar气，Ar气流量控制在150～200sccm，工作压强控制在0.3～0.4Pa；基体加热到430～450℃，然后开启脉冲电源，调节偏压-800～-1100V，基体表面发生辉光放电，辉光放电清洁样品时间15～20分钟；

(3)Cr粘结层的沉积：

粘结层沉积在基材辉光放电清洗后原位进行，保持工作气体、基体温度和压强，开启阴极离子弧弧源Cr靶，Cr的纯度为99.999％，基体偏压-110～-150V，转架的转速为3～5rpm，靶材电流60～65A，沉积25～35分钟，得到Cr粘结层；

(4)工作层沉积：

工作层沉积是在Cr粘结层沉积后进行，保持工作气体、工作压力、沉积温度、炉腔的压强和阴极离子弧弧源不变，基体偏压-60～-100V、靶材电流60～80A，沉积10～25min，得到金属Cr层；