用于水下航行器螺旋桨桨叶的耐磨耐腐蚀薄膜制造技术

本实用新型专利技术公开了用于水下航行器螺旋桨桨叶的耐磨耐腐蚀薄膜，所述用于水下航行器螺旋桨桨叶的耐磨耐腐蚀薄膜的桨叶基底为钛合金；所述耐磨耐空泡腐蚀薄膜层由桨叶基底由内向外依次为金属过渡层、高硬度耐磨功能层和耐腐蚀膜层。本实用新型专利技术的膜层耐腐蚀性能好，具备较优秀的高硬度和相应的耐磨性能，桨叶使用寿命长，在一定程度上减小桨叶旋转过程中表面粘性阻力，提高航行效率。

Wear resistant corrosion resistant coatings for propeller blades of underwater vehicles

A wear-resistant and corrosion resistant film for a propeller blade of an underwater vehicle is disclosed by the utility model. The blade base of a wear-resistant and corrosion resistant film for a propeller blade of an underwater vehicle is a titanium alloy, and the wear-resistant and cavitation corrosion film layer is from the inner to the inside of the blade to a metal transition layer and a high hardness and wear-resistant layer. And corrosion resistant coatings. The coating has good corrosion resistance, excellent high hardness and corresponding wear resistance, long service life of the blade, reduce the surface viscous resistance in the process of blade rotation to a certain extent, and improve the efficiency of navigation.

【技术实现步骤摘要】
用于水下航行器螺旋桨桨叶的耐磨耐腐蚀薄膜
本技术涉及螺旋桨桨叶制造
，具体涉及一种用于水下航行器螺旋桨桨叶的耐磨耐腐蚀薄膜。
技术介绍
水下航行器包括潜艇、鱼雷、水下探测器、水下滑翔机、水下自航器等，大多数水下航行动力系统均采用螺旋桨推进，同时，螺旋桨推进也是水面舰艇的主要推进方式之一。桨叶效率和寿命是螺旋桨设计的重要内容，对航行器的任务执行、航程、航速、姿态调整等都有重要影响，螺旋桨桨叶在其工作寿命中，一直处于水中，一般为海水、江河水、湖水中，会给桨叶带来比较明显的腐蚀效果，尤其是海面舰艇或海中航行器，将严重影响其工作效率和使用寿命。一般的，水下航行器做高速航行时，其桨叶旋转速度会大幅提高，从而在其表面形成“空泡”现象，由于“空泡”的不断产生和消亡，会引起明显的“空泡腐蚀”，成为桨叶失效的一个重要原因。以上问题，可以归为两点：一是由于水环境导致的腐蚀失效现象，即长期工作水中导致的盐、酸、碱等的腐蚀，可以认为是长期侵蚀引起的疲劳腐蚀；二是运行过程中，产生的严重影响桨叶寿命的“空泡腐蚀”，可以理解为由于“空泡”不断冲刷引起的冲蚀损伤。要减小或降低以上问题发生，可以从桨叶设计角度出发，设计较好的外形以降低“空泡”产生的能量，另一方面，在桨叶设计方案定型后，可以通过米对桨叶进行表面涂敷技术，来明显提高表面的硬度、耐磨性能、耐腐蚀性能。目前，缺乏一种具备优秀耐空泡腐蚀能力的用于水下航行器螺旋桨桨叶的耐磨耐腐蚀薄膜。
技术实现思路
本技术的目的是针对上述问题，提供一种具备优秀耐空泡腐蚀能力的水下航行器螺旋桨桨叶的耐磨耐空泡腐蚀薄膜。为达到上述目的，本技术采用了下列技术方案：本技术的用于水下航行器螺旋桨桨叶的耐磨耐腐蚀薄膜，所述用于水下航行器螺旋桨桨叶的耐磨耐腐蚀薄膜的桨叶基底为钛合金；所述耐磨耐空泡腐蚀薄膜层由桨叶基底由内向外依次为金属过渡层、高硬度耐磨功能层和耐腐蚀膜层。进一步地，所述金属过渡层为金属钛层，所述高硬度耐磨功能层由内向外依次为第一氮化钛层、第一氮化铝钛层、第二氮化钛层和第二氮化铝钛层，所述高耐腐蚀膜层为氮化锆层。进一步地，所述金属过渡层的金属钛层厚度为20～35nm。更进一步地，所述高硬度耐磨功能层的第一氮化钛层、第一氮化铝钛层、第二氮化钛层和第二氮化铝钛层厚度分别为0.8～1.2μm、1.1～1.6μm、0.8～1.2μm、1.1～1.6μm。进一步地，所述高耐腐蚀膜层的氮化锆层厚度为0.5～0.8μm。进一步地，所述第一氮化钛层由内向外氮含量逐渐增加，第一氮化铝钛层由内向外氮含量和钛含量逐渐减少，铝含量逐渐增加，第二氮化钛层由内向外氮含量和钛含量逐渐增加，第二氮化铝钛层由内向外氮含量和钛含量逐渐减少，铝含量逐渐增加，氮化锆层由内向外氮含量和锆含量逐渐增加。有益效果：本技术的膜层耐腐蚀性能好，具备较优秀的高硬度和相应的耐磨性能，桨叶使用寿命长，在一定程度上减小桨叶旋转过程中表面粘性阻力，提高航行效率。与现有技术相比，本技术具有如下优点：(1)本技术膜系综合采用耐腐蚀性能高的金属钛、呈梯度分布的金属氮化物组成，金属钛作为薄膜最内部用于提高膜层附着力，氮化钛、氮化铝钛、氮化锆等金属氮化物具有优秀的耐酸碱盐腐蚀能力，以提高膜层耐腐蚀性能。(2)采用的金属氮化物本身具有较高的硬度，同时，各层之间无明显界限，以梯度分布方式结合，即各层之间的氮元素、金属元素含量梯度变化，使薄膜获得更好的表面硬度，耐磨耐空泡腐蚀薄膜用水下航行器螺旋桨桨叶，可提高桨叶表面硬度至2800～3000HV，进一步提高膜层耐空泡冲蚀能力，大幅提高使用寿命。可有效解决桨叶旋转过程中产生的“空泡腐蚀”问题，桨叶使用寿命长，并有较低的摩擦系数，在一定程度上减小桨叶旋转过程中表面粘性阻力，提高航行效率。(3)膜层采用的氮化物材料，可同时满足螺旋桨桨叶在海水、湖水、江河水下复杂环境的工作需求，面对近海污染、江河湖水污染的复杂性，以上材料结合其结构分布性能，可有效提高复杂环境下的耐腐蚀能。(4)采用多弧离子镀方法，在桨叶表面沉积多层数微米厚的梯度膜层，来提高桨叶表面的耐磨性能、耐腐蚀性能及耐冲蚀损伤性能，从而大幅改善桨叶寿命，常规仅采用涂敷简单膜层很难在耐磨性能、耐冲蚀损伤性能上获得较大提高，采用多层膜系设计结合梯度膜层可有效解决这一问题。(5)本技术针对以上桨叶工作中的寿命周期短、表面易腐蚀、“空泡腐蚀”带来的冲蚀损伤大等问题，通过提高桨叶表面的硬度，来提高桨叶的耐磨性能，并结合材料的高耐腐蚀性能，结合其水下使用环境和产生机理，采用多层氮化物薄膜结合梯度膜层技术，有效提升螺旋桨桨叶的耐腐蚀、耐磨性性能、耐冲蚀损伤性能，是螺旋桨桨叶具备更大的使用寿命。通过合理匹配各层膜层厚度、膜层梯度的合理布置，可主动控制整个膜层的性能参数，本技术的耐磨耐空泡腐蚀薄膜可满足水下航行器螺旋桨工作需求，并有效提高使用寿命。附图说明图1为本技术的示意图；其中，0桨叶基底，1金属钛层，2第一氮化钛层，3第一氮化铝钛层，4第二氮化钛层，5第二氮化铝钛层，6氮化锆层。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合附图对本技术的实施方式作进一步地详细描述。实施例1本技术的用于水下航行器螺旋桨桨叶的耐磨耐腐蚀薄膜，所述用于水下航行器螺旋桨桨叶的耐磨耐腐蚀薄膜的桨叶基底0为钛合金；所述耐磨耐空泡腐蚀薄膜层由桨叶基底由内向外依次为金属过渡层、高硬度耐磨功能层和耐腐蚀膜层。所述金属过渡层为金属钛层1，所述高硬度耐磨功能层由内向外依次为第一氮化钛层2、第一氮化铝钛层3、第二氮化钛层4和第二氮化铝钛层5，所述高耐腐蚀膜层为氮化锆层6。所述金属过渡层的金属钛层厚度为20nm。所述高硬度耐磨功能层的第一氮化钛层2、第一氮化铝钛层3、第二氮化钛层4和第二氮化铝钛层5厚度分别为1.2μm、1.1μm、0.8μm、1.5μm。所述高耐腐蚀膜层的氮化锆层6厚度为0.8μm。所述第一氮化钛层2由内向外氮含量逐渐增加，第一氮化铝钛层3由内向外氮含量和钛含量逐渐减少，铝含量逐渐增加，第二氮化钛层4由内向外氮含量和钛含量逐渐增加，第二氮化铝钛层5由内向外氮含量和钛含量逐渐减少，铝含量逐渐增加，氮化锆层6由内向外氮含量和锆含量逐渐增加。实施例2实施例2与实施例1的区别在于：本技术的用于水下航行器螺旋桨桨叶的耐磨耐腐蚀薄膜，所述金属过渡层的金属钛层厚度为25nm。所述高硬度耐磨功能层的第一氮化钛层2、第一氮化铝钛层3、第二氮化钛层4和第二氮化铝钛层5厚度分别为0.8μm、1.6μm、1.2μm、1.1μm。所述高耐腐蚀膜层的氮化锆层6厚度为0.6μm。实施例3实施例3与实施例1的区别在于：本技术的用于水下航行器螺旋桨桨叶的耐磨耐腐蚀薄膜，所述金属过渡层的金属钛层厚度为35nm。所述高硬度耐磨功能层的第一氮化钛层2、第一氮化铝钛层3、第二氮化钛层4和第二氮化铝钛层5厚度分别为1.0μm、1.4μm、1.1μm、1.6μm。所述高耐腐蚀膜层的氮化锆层6厚度为0.5μm。尽管本文较多地使用了0桨叶基底，1金属钛层，2第一氮化钛层，3第一氮化铝钛层，4第二氮化钛层，5第二氮化铝钛层，6氮化锆层等术语，但并不排除使用其它术本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于水下航行器螺旋桨桨叶的耐磨耐腐蚀薄膜，其特征在于：所述用于水下航行器螺旋桨桨叶的耐磨耐腐蚀薄膜的桨叶基底(0)为钛合金；所述耐磨耐空泡腐蚀薄膜层由桨叶基底由内向外依次为金属过渡层、高硬度耐磨功能层和耐腐蚀膜层。

【技术特征摘要】
1.用于水下航行器螺旋桨桨叶的耐磨耐腐蚀薄膜，其特征在于：所述用于水下航行器螺旋桨桨叶的耐磨耐腐蚀薄膜的桨叶基底(0)为钛合金；所述耐磨耐空泡腐蚀薄膜层由桨叶基底由内向外依次为金属过渡层、高硬度耐磨功能层和耐腐蚀膜层。2.根据权利要求1所述的用于水下航行器螺旋桨桨叶的耐磨耐腐蚀薄膜，其特征在于：所述金属过渡层为金属钛层(1)，所述高硬度耐磨功能层由内向外依次为第一氮化钛层(2)、第一氮化铝钛层(3)、第二氮化钛层(4)和第二氮化铝钛层(5)，所述耐腐蚀膜层为氮化锆层(6)。3.根据权利要求1所述的用于水下航行器螺旋桨桨叶的耐磨耐腐蚀薄膜，其特征在于：所述金属过渡层的金属钛层厚度为20～35nm。4.根据权利要求1所述的用于水下航行器螺旋桨桨叶的耐磨耐腐蚀薄膜，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：田秋丽，刘战合，杨震，张伟，陈红海，周鹏，
申请(专利权)人：郑州航空工业管理学院，
类型：新型
国别省市：河南,41