[发明专利]TC4材料表面镀制类金刚石保护层的方法、TC4材料及其应用

说明书

本申请具体公开了一种TC4材料表面镀制类金刚石保护层的方法、TC4材料及其应用。TC4材料表面镀制类金刚石保护层的方法，包括：通过阴极电弧离子镀在TC4材料表面依次镀制Ti层、TiN层以及TiCN层；通过化学气相沉积在TiCN层上镀制类金刚石层。TC4材料，其表面采用上述TC4材料表面镀制类金刚石保护层的方法镀制有类金刚石保护层。月球车机械臂，其材质为上述TC4材料。本申请通过在TC4材料上镀制类金刚石保护层，使TC4材料具有良好的耐磨性、润滑性、耐腐蚀性和耐高温性。本申请镀制的具有Ti‑TiN‑TiCN三层结构的过渡层，能更有效地提升TC4材料和类金刚石层之间的结合性，从而有助于类金刚石层更好的发挥作用，进而提升了镀制有类金刚石保护层的TC4材料的性能。

技术领域

本申请涉及类金刚石层的领域，更具体地说，它涉及一种TC4材料表面镀制类金刚石保护层的方法、TC4材料及其应用。

背景技术

TC4材料（即Ti-6Al-4V钛合金）是一种双相合金，具有良好的组织稳定性、韧性及塑性，能较好地被热压加工，能通过淬火和时效而被强化。同时该材料具有较小的高温变形性和较高的高温强度，可在400-500℃的温度下长期工作；TC4材料的热稳定性仅次于与α钛合金。

由于TC4材料具有上述良好的性能，故可应用于航空、生物医疗、石油化工以及汽车零部件等领域。同样，TC4材料也可以应用于航天领域；然而由于航天器需要经历各种苛刻的环境，要求TC4材料能具有更好的耐磨性、润滑性、耐高温性以及耐腐蚀性；而实践中，纯TC4材料的表现往往不理想。如“嫦娥五号”月球车的机械臂，如单纯采用TC4材料作为材质，机械臂的工作性无法达到最理想的状态。

在相关技术中，通过在TC4材料表面镀制光滑细腻的类金刚石（DLC）层，来提高材料的润滑性、耐磨性以及耐温耐腐蚀性。由于类金刚石层和TC4材料成分和性质相差较大，会出现结合性不佳的问题，从而限制了类金刚石层作用的发挥；故相关技术中，还会在类金刚石层和TC4材料之间镀制单层的TiN层或TiC层作为过渡层以减小界面间化学、物理性质的突变，提高类金刚石层和TC4材料之间的结合性，从而更好地发挥类金刚石层的作用。然而，随着对航天材料性能要求的不断提高，要求镀制了类金刚石层的TC4材料具有更理想的性能，从而对金刚石层和TC4材料之间的结合性也提出了更高的要求。

发明内容

为了提高类金刚石层和TC4材料之间的结合性，从而更好地发挥类金刚石层的作用，使TC4材料具有理想的耐磨性、润滑性、耐高温性以及耐腐蚀性，本申请提供一种TC4材料表面镀制类金刚石保护层的方法、TC4材料及其应用。

第一方面，提供了一种TC4材料表面镀制类金刚石保护层的方法，采用如下的技术方案：

TC4材料表面镀制类金刚石保护层的方法，包括：

通过阴极电弧离子镀在TC4材料表面依次镀制Ti层、TiN层以及TiCN层；

通过化学气相沉积在所述TiCN层上镀制类金刚石层。

通过采用上述技术方案，在TC4材料和类金刚石层之间镀制了Ti-TiN-TiCN三层结构的过渡层。在三层中，相比于TiN层、TiCN层以及类金刚石层，Ti层的成分性能与TC4材料更加接近，故两者间的连接性更好；类似的，相比于TC4材料、Ti层以及TiN层，TiCN层的性能更加接近于类金刚石层，故两者间的连接性更好；TiN层处于Ti层和TiCN层中间，在成分性能上能够起到一个过渡的作用。因此，Ti-TiN-TiCN的三层结构可以形成一个合理的梯度结构，相比于单层结构的过渡层，可以更加有效地减少TC4材料和类金刚石保护层之间各界面间物理、化学性能的突变，这样可以降低类金刚石层和TC4材料之间的应力，从而有利于类金刚石层和TC4材料之间结合性的提高，能更好地发挥类金刚石层的作用，进而有利于提升镀制了类金刚石层的TC4材料的耐磨性、润滑性、耐高温性以及耐腐蚀性。

可选的，在所述TC4材料表面依次镀制Ti层、TiN层以及TiCN层的方法为：