[发明专利]耐冲蚀涂层、其制备方法以及其被覆盖件

说明书

本发明提供耐冲蚀涂层、其制备方法以及其被覆盖件，其中的耐冲蚀涂层的制备方法使用PIIID将Ti元素和N元素注入并沉积至基体表面，形成TiN涂层；以及使用PIIID将Si元素注入到所述TiN涂层，对所述TiN涂层的浅表层进行改性，形成TiSiN层，获得一层耐冲蚀涂层。在所述制备方法的一个或多个实施方式中，重复制备所述TiN涂层和所述TiSiN层至少一次，进而获得多层耐冲蚀涂层。该制备方法提升了硬质涂层的耐冲蚀性能。

技术领域

本发明涉及耐冲蚀涂层、其制备方法以及其被覆盖件。

背景技术

飞机在起飞、低空飞行和降落阶段，外物诸如空气中的尘埃、沙粒和冰雹等在发动机产生的高速气流吸力作用下将对风扇和压气机叶片造成严重冲蚀，产生外物损伤(Foreign Object Damage)，影响零部件力学性质、整体结构及航空动力学稳定性，降低发动机性能，甚至导致发动机失效。一方面，在海洋环境下发动机材料易发生严重腐蚀，从而影响风扇和压气机叶片的使用寿命和发动机的安全运行。发动机吸入沙尘等外物后，沙尘将磨损材料并冲蚀叶片，在腐蚀性液体作用下冲蚀磨损加速，同时冲蚀亦可加速腐蚀，形成恶性循环，导致灾难性后果。另一方面，损伤叶片等零部件的维修和替换成本较高，近年来整体叶盘结构的大量应用将对叶片等易损伤零部件的使用寿命提出更高要求，以此降低其维修和替换所带来的高昂成本。

耐冲蚀耐磨硬质涂层可增强航空发动机压气机叶片的耐冲蚀能力、延长叶片使用寿命并降低维修成本，引起航空业越来越多的关注。目前，硬质涂层的研究方向主要为纳米组分涂层和多层复合涂层，前者通过晶粒纳米化提高涂层硬度，同时利用非晶相提高涂层韧性；后者使用软/硬涂层交替叠加使涂层同时具有较高的硬度和韧性，赋予涂层全角度范围攻角下的抗固体粒子冲蚀能力。

物理气相沉积(PVD)方法制备的氮化物涂层广泛用于切削和冲切工具表面，也可以用于旋转叶片表面，以有效应对砂石和水滴的冲蚀。一般认为纳米组分涂层至少由两相组成，例如PECVD技术制备的Ti-Si-N涂层，Si在一定含量范围时可获得极高的涂层硬度值。然而，在实际使用中，超硬涂层并未达到所期望的防护效果，带有陶瓷涂层的部件仍然遭受砂尘严重冲蚀。陶瓷涂层尽管硬度高，但是脆性大、断裂韧性低，导致涂层在受到砂尘粒子冲击时极易出现裂纹。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐冲蚀涂层的制备方法，以提升硬质涂层的耐冲蚀性能。

本发明的另一目的是提供一种耐冲蚀涂层。

本发明的再一目的是提供一种具有耐冲蚀涂层的被覆盖件。

一种耐冲蚀涂层的制备方法，包括以下步骤：

提供PIIID设备；

使用PIIID将Ti元素和N元素注入并沉积至基体表面，形成TiN涂层；以及

使用PIIID将Si元素注入到所述TiN涂层，对所述TiN涂层的浅表层进行改性，形成TiSiN层，获得一层耐冲蚀涂层。

在所述制备方法的一个或多个实施方式中，重复制备所述TiN涂层和所述TiSiN层至少一次，进而获得多层耐冲蚀涂层。

在所述制备方法的一个或多个实施方式中，在执行所述Ti元素和N元素注入并沉积的步骤之前，在PIIID设备的真空腔中通入Ar作为气体源，使用射频电源离化气体，对基体表面进行Ar溅射清洗。

在所述制备方法的一个或多个实施方式中，在执行所述Ti元素和N元素注入并沉积的步骤中，抽真空至真空度高于5×10^-3Pa，使用Ti材作为阴极，离化阴极，通入N₂作为气体源，使用低电压在基体表面制备所述TiN涂层。

在所述制备方法的一个或多个实施方式中，在执行所述Si元素注入的步骤中，抽真空至高于5×10^-3Pa真空度，使用Si材作为阴极，离化阴极，使用高电压在所述TiN涂层表面注入Si元素。