一种合金表面用防护涂层的制备方法技术

本发明专利技术提供一种合金表面用防护涂层的制备方法，包括：采用超音速火焰喷涂在合金基体（10）表面制备粘接层（20）；采用等离子喷涂在粘接层（20）表面依次制备第一陶瓷层（31）、第二陶瓷层（32）与第三陶瓷层（33）所组成的梯度陶瓷中间层；采用多弧离子镀在陶瓷中间层表面制备硬质薄膜层（40）；其中，第一陶瓷层（31）、第二陶瓷层（32）与第三陶瓷层（33）均由Al2O3‑

【技术实现步骤摘要】
一种合金表面用防护涂层的制备方法


[0001]本专利技术涉及合金表面处理
，具体涉及一种合金表面用防护涂层的制备方法。

技术介绍

[0002]目前，随着各行业对合金的应用日益增加，对合金性能的要求也越来越高；为了增加合金的硬度、提高合金的使用寿命，同时增加合金的耐磨耐蚀性能，现有技术通常对合金表面进行改性，使其具备优异的性能。目前，常见的合金表面改性主要包括气相沉积、阳极氧化、电镀、激光表面处理、等离子喷涂与离子注入等。利用物理气相沉积技术在合金表面制备如CrN、TiN、DLC等高熔点硬质膜，具有沉积温度低、沉积效率快、结构致密等优点，常用于合金表面改性；但是，由于硬质膜与合金之间硬度、模量、热膨胀系数等差异较大，若直接将高熔点的硬质膜沉积在合金表面，会导致薄膜承载力低，高温、高载作用下易发生开裂甚至分层失效，导致硬质膜在高温、高载等苛刻工况下的实际应用受限。
[0003]近年来，针对硬质膜的薄、脆、承载力低和热膨胀系数不匹配等问题，早期多采用低温渗碳、等离子体渗氮、碳氮共渗和离子注入等表面硬化处理技术来改善合金基底对硬质膜的支撑作用及膜
‑
基结合强度；然而，此类技术制备的硬化层存在脆性大、韧性差且厚度小等缺点，对薄膜性能的提升空间比较有限，在高接触应力条件下，合金基底仍会发生塑性变形而出现薄膜开裂甚至脱落的问题。热喷涂陶瓷涂层具有结合强度高、硬度大、致密，化学稳定性好等优点，如热喷涂Al2O3陶瓷层，常用于合金表面的耐磨耐蚀性能防护；并且，陶瓷涂层与硬质膜的热膨胀系数更接近，高温下硬质膜与中间层间的内应力更低，能够有效解决硬质膜与合金基体表面之间内应力大、结合强度低的问题。然而，目前却鲜有报道采用陶瓷层作为中间层来改善气相沉积的硬质膜在高温、高载作用下发生开裂或分层失效等问题；这是由于采用陶瓷层作为中间层存在以下几个问题：一是陶瓷层绝缘性好、无法在气相沉积硬质薄膜时施加有效偏压，导致陶瓷层与硬质薄膜层之间结合强度低、重载下易发生剥落失效；二是陶瓷涂层脆性大、韧性差，重载下易出现开裂，进而引发陶瓷层表面沉积的硬质薄膜层跟随开裂；三是热喷涂常规陶瓷层会出现诸多微米级孔隙、硬质膜无法完全覆盖陶瓷层孔隙，不进行封孔处理会导致涂层腐蚀、脱落，影响合金的整体性能，进行封孔处理工艺复杂、涂层制备效率低、增加生产成本。

技术实现思路

[0004]针对以上现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种合金表面用防护涂层的制备方法，该方法制备得到的防护涂层在高温、高载荷作用下耐磨耐蚀性能优异，同时该方法制备得到的防护涂层不会出现分层、剥落、开裂、失效等问题。
[0005]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0006]一种合金表面用防护涂层的制备方法，其特征在于：包括：采用超音速火焰喷涂在合金基体表面制备粘接层；采用等离子喷涂在粘接层表面依次制备第一陶瓷层、第二陶瓷
层与第三陶瓷层所组成的梯度陶瓷中间层；采用多弧离子镀在陶瓷中间层表面(即第三陶瓷层表面)制备硬质薄膜层；
[0007]其中，第一陶瓷层、第二陶瓷层与第三陶瓷层均由Al2O3‑
TiO2氧化物组成，且由第一陶瓷层至第三陶瓷层中：Al2O3的含量呈上升趋势、TiO2的含量呈下降趋势。
[0008]作进一步优化，所述超音速火焰喷涂制备粘接层前，首先采用乙酸乙酯对合金基体表面进行除油去污处理；之后，利用烘干机对合金基体进行烘干、烘干温度为40～60℃；然后，再利用喷砂机对合金基体待处理表面进行喷砂粗化。
[0009]优选的，所述喷砂粗化采用24目的棕刚玉作为砂料，喷砂粗化工艺参数为：喷砂压缩空气压力0.5MPa～0.7MPa，喷砂距离50mm～150mm。
[0010]作进一步优化，所述合金基体采用不锈钢、铝合金、铜合金、钛合金中的任一种。
[0011]作进一步优化，所述粘接层采用NiCrAlY、NiCoCrAlY合金中的任一种；粘接层的厚度为50～80μm；超音速火焰喷涂制备粘接层的工艺参数为：喷涂距离220～230mm，送粉速率25～30g/min；氧气压强10.8～11.2bar，氧气流量42～50FMR；甲烷燃料压力7.4～7.8bar，甲烷燃气流量58～66FMR；压缩空气压力7.0～7.4bar，压缩空气流量42～50FMR。
[0012]作进一步优化，所述陶瓷中间层总厚度为100～150μm；第一陶瓷层包括(100％
‑
x)Al2O3‑
xTiO2、厚度为35～50μm，第二陶瓷层包括(100％
‑
y)Al2O3‑
yTiO2、厚度为35～50μm，第三陶瓷层包括(100％
‑
z)Al2O3‑
zTiO2、厚度为35～50μm；其中，x＝35～45％，y＝20～25％，z＝13～15％。
[0013]作进一步优化，所述等离子喷涂制备陶瓷中间层的工艺参数为：第一陶瓷层等离子喷涂的工艺参数为：功率28～30kW，送粉速率50～55g/min，喷涂速度400mm/s，喷涂距离90～100mm；第二陶瓷层等离子喷涂的工艺参数为：功率32～34kW，送粉速率50～55g/min，喷涂速度为400mm/s，喷涂距离为90～100mm；第三陶瓷层等离子喷涂的工艺参数为：功率36～38kW，送粉速率50～55g/min，喷涂速度为400mm/s，喷涂距离90～100mm。
[0014]作进一步优化，所述等离子喷涂制备陶瓷中间层与多弧离子镀制备硬质薄膜层之间，还进行陶瓷中间层表面(即第三陶瓷层表面)的磨削抛光，采用抛光设备将陶瓷中间层表面(即第三陶瓷层表面)磨削抛光至Ra≤1μm。
[0015]作进一步优化，所述硬质薄膜层采用CrN、TiN、AlCrN、TiNC、TiCrN、DLC中的任一种；硬质薄膜层厚度为3～8μm；多弧离子镀制备硬质薄膜层的工艺参数为：电流30～40A，偏压
‑
400～
‑
600V，真空度4.7
×
10
‑4Pa，沉积时间2～4h，温度300～450℃。
[0016]本申请通过特定比例的TiO2粉体与Al2O3粉体混合、制备获得具有梯度的Al2O3‑
TiO2陶瓷氧化层，作为粘接层与硬质薄膜层之间的中间层，具有以下几个作用：一是利用由合金基体向外依次递增的Al2O3含量、形成具有特定的硬度梯度(Al2O3硬度＞TiO2硬度，Al2O3含量增加、氧化陶瓷层的硬度增加)，从而对硬质薄膜层形成硬度支撑，避免高温、高载荷情况下涂层出现开裂；二是利用陶瓷层形成的梯度、减小三层陶瓷层相互之间的内应力，从而获得结合强度高、连接紧密的中间层；三是利用逐渐降低的TiO2含量、形成特定的致密度梯度(等离子喷涂过程中，部分TiO2渗入Al2O3晶格中产生固溶、使得TiO2粘接在Al2O3的颗粒之间、增加陶瓷层的致密性)，进而利用相对致密的内层陶瓷层对外层陶瓷层进行封孔、无需多余封孔处理手段，即可增加涂层整体的耐蚀性能；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种合金表面用防护涂层的制备方法，其特征在于：包括：采用超音速火焰喷涂在合金基体(10)表面制备粘接层(20)；采用等离子喷涂在粘接层(20)表面依次制备第一陶瓷层(31)、第二陶瓷层(32)与第三陶瓷层(33)所组成的梯度陶瓷中间层；采用多弧离子镀在陶瓷中间层表面制备硬质薄膜层(40)；其中，第一陶瓷层(31)、第二陶瓷层(32)与第三陶瓷层(33)均由Al2O3‑
TiO2氧化物组成，且由第一陶瓷层(31)至第三陶瓷层(33)中：Al2O3的含量呈上升趋势、TiO2的含量呈下降趋势；所述超音速火焰喷涂制备粘接层(20)前，首先采用乙酸乙酯对合金基体(10)表面进行除油去污处理；之后，利用烘干机对合金基体(10)进行烘干、烘干温度为40～60℃；然后，再利用喷砂机对合金基体(10)待处理表面进行喷砂粗化。2.根据权利要求1所述的一种合金表面用防护涂层的制备方法，其特征在于：所述喷砂粗化采用24目的棕刚玉作为砂料，喷砂粗化工艺参数为：喷砂压缩空气压力0.5MPa～0.7MPa，喷砂距离50mm～150mm。3.根据权利要求1或2所述的一种合金表面用防护涂层的制备方法，其特征在于：所述合金基体(10)采用不锈钢、铝合金、铜合金、钛合金中...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭冬，李忠盛，丛大龙，黄安畏，张敏，宋凯强，王旋，丁星星，莫非，
申请(专利权)人：中国兵器装备集团西南技术工程研究所，
类型：发明
国别省市：