[发明专利]一种在钛合金表面制备高膜-基结合力复合涂层的方法

权利要求书

1.一种在钛合金表面制备高膜-基结合力复合涂层的方法，包括以下步骤；

（1）将钛合金表面进行机械加工处理，并进行表面超声波清洗；

（2）对所述钛合金进行高能喷丸处理，使得所述钛合金表面晶粒或亚晶粒细化，其尺寸为纳米级；

（3）将所述钛合金进行超声波清洗，并进行机械抛光处理；

（4）在离子渗氮炉中，将所述钛合金作为阴极，把铈块放置在所述钛合金的正下方，在所述铈块周围均匀地放置若干金属圆棒，所述金属圆棒距离所述铈块的间隔为20~50mm；然后抽真空，开启电压及脉冲按钮，进行离子渗氮；

（5）将所述钛合金进行机械抛光处理，使得所述钛合金表面平均粗糙度小于0.1μm；

（6）将所述钛合金在无水乙醇中超声清洗；

（7）在氩辅助阴极真空电弧设备中，对所述钛合金进行辉光清洗，再将靶材溅射到所述钛合金表面，在所述钛合金表面形成PVD硬质膜层。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）所述金属圆棒的高度为200mm、直径为20mm。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤（4）的离子渗氮采用循环变温工艺，渗氮高温保温温度为580~650℃，低温保温温度为500~550℃，高温保温时间是低温保温时间的3~4倍。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤（4）的离子氮化电压从400V至800V逐渐提高，电流从80A至10A逐渐降低，占空比控制在50%~90%。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，步骤（4）所述离子渗氮炉中的气氛采用氨气+氩气+甲烷，气压控制在170Pa~300Pa之间；小于200℃只充入氩气进行氩气离子轰击，大于200℃时氨气和氩气同时充入，其比例在100:9:1~50:9:1之间变化。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤（7）所述氩辅助阴极真空电弧设备内的气压为5.00*10^-4 Pa，将靶材加热到450℃，保温60min；再在-300V的偏压下，控制所述钛合金的转速为3.5rpm，用Ar离子对所述钛合金刻蚀5~60min；然后用Cr靶材沉积CrN缓冲层，用粉末冶金Al70Cr30、Cr85B15和Al55Cr35B10靶材沉积AlCrN、CrBN和AlCrBN涂层。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤（7）中PVD分别制备AlCrN、CrBN以及AlCrBN涂层参数包括基材料偏压60V，氮气压力3Pa，目标电流160A，基材料温度450℃，沉积时间90min，制得PVD硬质膜层。

8.一种钛合金高膜-基结合力复合涂层结构，其特征在于，由内至外依次包括钛合金基材、纳米化离子渗氮层和PVD硬质膜层，其中PVD硬质膜层由内至外依次包括CrN缓冲层、AlCrN膜层、CrBN膜层和AlCrBN膜层。

9.根据权利要求8所述的钛合金高膜-基结合力复合涂层结构，其特征在于：所述纳米化离子渗氮层的有效厚度为15~100μm。

10.根据权利要求8或9所述的钛合金高膜-基结合力复合涂层结构，其特征在于，所述PVD硬质膜层的厚度为3~8μm。