[发明专利]耐高温海洋环境腐蚀的金属-金属氮化物多层涂层及制备

说明书

本发明涉及钛合金高温防护涂层领域，具体为一种耐高温海洋环境腐蚀的金属‑金属氮化物多层涂层及制备方法。多层涂层由Ti子层和TiN子层交替沉积在基体上形成的，靠近基体和最上层均为TiN层，基体为Ti6Al4V钛合金；多层涂层中，每个TiN子层厚度为1.7～2.0μm，每个Ti子层厚度为0.1～1.0μm总层数为13～21层中的奇数。所述多层涂层的制备包括：基体清洗和TiN子层及Ti子层交替沉积。本发明在钛合金基体上制备不同子层比例的厚Ti/TiN多层涂层，此类涂层与基体结合强度良好，涂层具备较高的厚度，通过增长腐蚀介质的扩散路径及减少结构缺陷，提高钛合金基体的抗高温腐蚀性能。

技术领域：

本发明涉及钛合金高温防护涂层领域，具体为一种耐高温海洋环境腐蚀的金属-金属氮化物多层涂层及制备方法。

背景技术：

钛合金密度低、强度高，是航空发动机压气机的关键材料。但作为中等高温服役的压气机叶片材料，它有如下不足之处：一是硬度较低，抗冲蚀性能较差，二是抗高温腐蚀性能不足。尤其是服役于海洋环境的飞机发动机，其压气机的钛合金部件遭受中或高温Cl^-、O和水蒸气等的协同腐蚀，其腐蚀速率不仅远高于单纯空气的氧化速率，而且在较低的温度下，合金亚表面就会生成厚的脆性溶氧层，致使合金的力学性能显著下降。

金属氮化物涂层具有优异的抗冲蚀和耐高温腐蚀性能，在钛合金防护方面显示很好的应用前景，尤其适合服役于海洋环境的飞机压气机的钛合金部件。但是，在较高温度长时间暴露于腐蚀环境中，涂层发生局部加速腐蚀，并导致其下基体的严重腐蚀，涂层中的针孔、熔滴等缺陷往往是诱发加速腐蚀的源头。

增加涂层的厚度能提高涂层的抗腐蚀性。但是，作为一种陶瓷涂层，氮化物涂层中较高的内应力和本征脆性使得涂层与基体的结合性能随厚度的增加而降低，单层氮化物涂层在厚度超过7μm时剥落的趋势明显增大；而且，在高温环境下服役时，涂层与基体不匹配的热膨胀系数将导致涂层中产生较大的张应力，易使涂层开裂，恶化抗腐蚀性，难以确保涂层的长期防护性能。

相对单层氮化物涂层，金属-氮化物多层涂层具有较低的内应力以及与基体良好的结合强度，同时兼顾高的力学性能和耐蚀性。研究表明(Surf.Coat.Technol.258(2014)102-107和Surf.Coat.Technol.282(2015)78-85.)，多层结构氮化物涂层在室温水溶液中的耐蚀性优于单层涂层，原因主要在于：腐蚀介质在熔滴针孔等缺陷中的迁移受到抑制，或者说减少贯穿性缺陷数量。

Ti/TiN多层涂层具备低内应力、良好的涂层/基体结合强度、高力学性能等优点，而国内外关于厚Ti/TiN多层涂层耐高温海洋环境的腐蚀报道较少。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种耐高温海洋环境腐蚀的金属-金属氮化物多层涂层及制备方法，可以解决钛合金高温腐蚀问题，为航空发动机零部件的高温防护提供一种思路。

本发明的技术方案是：

一种耐高温海洋环境腐蚀的金属-金属氮化物多层涂层，多层涂层由Ti子层和TiN子层交替沉积在基体上形成的，靠近基体和最上层均为TiN层。

所述的耐高温海洋环境腐蚀的金属-金属氮化物多层涂层，每个TiN子层厚度为1.7～2.0μm，每个Ti子层厚度为0.1～1.0μm，金属/金属氮化物多层涂层的总层数为13～21层中的奇数。

所述的耐高温海洋环境腐蚀的金属-金属氮化物多层涂层，基体为Ti6Al4V。

所述的耐高温海洋环境腐蚀的金属-金属氮化物多层涂层的制备方法，具体包括步骤如下：

(1)基体清洗