[发明专利]一种表面强韧抗冲蚀防护涂层及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种表面强韧抗冲蚀防护涂层及其制备方法与应用。所述防护涂层包括在所述涂层厚度方向上依次层叠的第一MeN层、MeN弹簧结构层和第二MeN层；所述第一MeN层、第二MeN层均由多个竖立MeN纳米晶紧密排列形成，所述竖立纳米晶的长度方向平行于所述涂层的厚度方向；所述MeN弹簧结构层由多个小单元紧密排列形成，每一小单元包括沿所述涂层厚度方向依次排布的多个倾斜MeN纳米晶，其中Me包括Ti、Cr、Zr中的任意一种。本发明提供的防护涂层采用“垂直层+弹簧层+垂直层”结构，使得涂层具有良好的综合力学性能，在不降低硬度的条件下提高涂层的韧性以及抗冲蚀性能。

技术领域

本发明属于表面处理技术领域，具体涉及一种表面强韧抗冲蚀防护涂层及其制备方法与应用。

背景技术

航空发动机技术的发展对核心材料提出了轻质、高温、高强和长寿命的使用需求。而当飞机在起降、低空飞行，或在沙漠等恶劣环境中服役，砂粒、灰尘等空气中的固体颗粒在高速气流作用下将对发动机叶片表面产生高速冲击和摩擦，影响叶片的尺寸精度和表面质量，造成叶片的冲蚀损伤及损耗，从而影响发动机性能，寿命变短。如何减缓和避免发动机叶片冲蚀磨损，已是保障发动机正常工作和安全飞行迫在眉睫的问题。

在开发抗冲蚀涂层初期，人们由于对冲蚀磨损机理认识的局限性，认为涂层硬度是抗冲蚀性能的主要影响因素，研究人员将涂层体系锁定在二元氮(碳)化物(TiN、CrN、ZrN、WC等)，并以TiN为主。随后，二元涂层逐渐不能满足实际需求，研究人员尝试向二元氮(碳)化物体系中添加其他元素(如Al)，并取得了抗冲蚀性能更加优异的三元涂层体系(TiAlN、CrAlN、TiCN等)。多元体系获得了优异的性能，但硬度的大幅增加降低了材料的韧性，涂层仅强不韧。小角度冲蚀率的决定因素是硬度(塑形变形抗力强)，而大角度冲蚀率的决定因素是韧性(疲劳裂纹萌生和扩展抗力强)，但飞机发动机叶片受到多角度冲击，因此，单纯通过提高硬度的方法不能起到很好的抗冲蚀效果，还需要在不损失硬度的条件下增加涂层的韧性。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种抗冲蚀防护涂层及其制备方法与应用，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种抗冲蚀防护涂层，其包括在所述涂层厚度方向上依次层叠的第一MeN层、MeN弹簧结构层和第二MeN层；所述第一MeN层、第二MeN层均由多个竖立MeN纳米晶紧密排列形成，所述竖立纳米晶的长度方向平行于所述涂层的厚度方向；所述MeN弹簧结构层由多个小单元紧密排列形成，每一小单元包括沿所述涂层厚度方向依次排布的多个倾斜MeN纳米晶，其中至少一个倾斜MeN纳米晶的长度方向与所述涂层厚度方向成大于0而小于90°的夹角，同时还有至少另一个倾斜MeN纳米晶的长度方向与所述涂层厚度方向成大于90°而小于180°的夹角，其中Me包括Ti、Cr、Zr中的任意一种。

本发明实施例还提供了一种抗冲蚀防护涂层的制备方法，其包括：

提供基体；

以及，以金属Me靶作为靶材，并以惰性气体及氮气作为工作气体，采用直流磁控溅射技术在所述基体上依次沉积形成第一MeN层、MeN弹簧结构层和第二MeN层，制得所述表面强韧抗冲蚀防护涂层；其中，所述第一MeN层、第二MeN层均由多个竖立MeN纳米晶紧密排列形成，所述竖立纳米晶的长度方向平行于所述涂层的厚度方向；所述MeN弹簧结构层由多个小单元紧密排列形成，每一小单元包括由多个第一倾斜MeN纳米晶紧密排列形成的第一单层和由多个第二倾斜MeN纳米晶紧密排列形成的第二单层，其中至少一个倾斜MeN纳米晶的长度方向与所述涂层厚度方向成大于0而小于90°的夹角，同时还有至少另一个倾斜MeN纳米晶的长度方向与所述涂层厚度方向成大于90°而小于180°的夹角，其中Me包括Ti、Cr、Zr中的任意一种。

本发明实施例还提供了一种由前述方法制备的表面强韧抗冲蚀防护涂层。