【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于表面处理，具体涉及一种抗中温冲蚀防护涂层及其制备方法。
技术介绍
1、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对叶片表面产生高速冲击和摩擦，造成叶片冲蚀损伤及损耗，影响发动机性能，降低寿命，甚至导致飞机失事。例如，美军发布的一份研究报告中指出“沙漠风暴”行动中装配ch-6e直升机涡轴发动机压气机叶片的初始设计寿命为3000h，在沙漠环境下使用寿命降低至100h。因此，减缓和避免发动机叶片的冲蚀磨损，已成为保障发动机正常工作和安全飞行的迫切需求。
2、冲蚀磨损是流体或固体颗粒流体束以一定的速度和角度对材料表面冲击造成的磨损，因此，材料表面是控制冲蚀动力学的关键。表面涂层技术，可在不损伤基体材料力学性能，有效降低冲蚀磨损对叶片的损害，提高发动机的稳定性、可靠性、延长使用寿命。冲蚀损伤模式包括磨损、冲击、疲劳及其综合作用，影响涂层冲蚀性能的主要因素取决于涂层的硬度和韧性，实际工况中同时存在温度，因此提高涂层中温抗冲蚀性能是关键。
技术实现思路
1、为了解决上述存在的技术问题，本专利技术提供一种抗中温冲蚀防护涂层及其制备方法，以克服现有技术的不足，本专利技术设计不同界面取向的之字结构涂层，一方面可以协调变形，改变裂纹扩展方向，另一方面连续不断的生长可以提高层间结合力，同时降低涂层的内应力。
2、本专利技术提供一种抗中温冲蚀防护涂层，包括基体以及依次设置在所述基体上的氩离子刻蚀注入层、结合协调金属ti层
3、冲蚀损伤模式包括磨损、冲击、疲劳及其综合作用，影响涂层冲蚀性能的主要因素取决于涂层的硬度和韧性。研究表明，低冲击角度(<30°)下，硬度是影响涂层抗冲蚀性能的重要因素；高冲击角度(>60°)下，涂层硬度越高，越容易发生冲蚀损耗，因此提高涂层全角度抗冲蚀性能关键在于高硬度和强韧性的匹配设计。本专利技术设计不同界面取向的之字结构涂层，一方面可以协调变形，改变裂纹扩展方向，另一方面连续不断的生长可以提高层间结合力，同时降低涂层的内应力。
4、在一些实施方式中，所述第一垂直柱状结构mealsin层、之字形柱状结构mealsin层和第二垂直柱状结构mealsin层中，按照100％计，原子百分含量如下：n：40～50％，al：20～25％，me：30～50％，si：6～10％。
5、在一些实施方式中，所述第一垂直柱状结构mealsin层、之字形柱状结构mealsin层和第二垂直柱状结构mealsin层均具有面心立方体fcc结构、具有(200)择优取向，且晶粒尺寸的平均值为30-74μm。
6、在一些实施方式中，所述抗中温冲蚀防护涂层的厚度为3-10μm，其中之字形柱状结构mealsin层的厚度为500-800nm。
7、本专利技术的第二个目的在于提供一种抗中温冲蚀防护涂层的制备方法，所述制备方法具体包括如下步骤：
8、s1、将基体放置于真空腔体中，抽真空至本底真空小于2.0×10-5torr，腔体温度为150～450℃；
9、s2、使用离子束对基体进行刻蚀处理得到氩离子刻蚀注入层；
10、s3、使用磁控溅射技术，在步骤s2的氩离子刻蚀注入层的表面依次沉积结合协调金属ti层和结合强化tin层；
11、s4、使用磁控溅射技术，在步骤s3的结合强化tin层的表面依次沉积第一垂直柱状结构mealsin层、之字形柱状结构mealsin层和第二垂直柱状结构mealsin层。
12、在一些实施方式中，所述步骤s1中，所述基体选自不锈钢、高速钢、硬质合金、钛合金中的一种。
13、在一些实施方式中，所述步骤s2中，刻蚀处理的参数如下：刻蚀时间为20min，氩气流量为35sccm，离子束电流为0.2a，离子束功率为120w。
14、在一些实施方式中，所述步骤s3中，沉积结合协调金属ti层的参数如下：采用高纯ti靶，腔体里通入流量为30sccm的ar气，磁控溅射ti靶电流为3a，基体负偏压为300v，沉积时间为10min；
15、沉积结合强化tin层的参数如下：采用高纯ti靶，腔体里通入流量为30sccm的ar气，流量为20sccm的氮气，磁控溅射ti靶电流为3a，基体负偏压为300v，沉积时间为10min。
16、在一些实施方式中，所述步骤s4中，沉积第一垂直柱状结构mealsin层和第二垂直柱状结构mealsin层的参数如下：采用高纯tialsi靶，氩气流量和氮气流量均为30sccm，腔体气压为0.5-5pa，设置直流磁控溅射靶电流为2-6a，基体偏压为-200至-500v，靶材与基体夹角为0°，沉积时间为30min。
17、在一些实施方式中，所述步骤s4中，沉积之字形柱状结构mealsin层的参数如下：采用高纯tialsi靶，氩气流量和氮气流量均为30sccm，腔体气压为0.5-5pa，设置直流磁控溅射靶电流为2-6a，基体偏压为-200至-500v。
18、在一些实施方式中，沉积之字形柱状结构mealsin层的步骤如下：保持参数，先旋转靶材与基体夹角为60-75°，沉积30-90min；然后旋转靶材与基体夹角为150-165°，沉积30-90min；最后旋转靶材与基体夹角为60-75°，沉积30-90min。
19、与现有技术相比，本专利技术通过调控沉积的工艺参数，如电流，基体偏压、腔体气压、等离子体角度等，能够改变涂层柱状结构，从而调控涂层的强韧性。
20、综上，采用本专利技术技术方案制得的抗中温冲蚀防护涂层在固体氯化钠水蒸气650°氧化50小时具有良好强韧抗中温冲蚀防护性能。
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1.一种抗中温冲蚀防护涂层，其特征在于，包括基体以及依次设置在所述基体上的氩离子刻蚀注入层、结合协调金属Ti层、结合强化TiN层、第一垂直柱状结构MeAlSiN层、之字形柱状结构MeAlSiN层和第二垂直柱状结构MeAlSiN层，所述Me为Ti或Cr。
2.如权利要求1所述的抗中温冲蚀防护涂层，其特征在于，所述第一垂直柱状结构MeAlSiN层、之字形柱状结构MeAlSiN层和第二垂直柱状结构MeAlSiN层中，按照100％计，原子百分含量如下：N：40～50％，Al：20～25％，Me：30～50％，Si：6～10％。
3.如权利要求1所述的抗中温冲蚀防护涂层，其特征在于，所述第一垂直柱状结构MeAlSiN层、之字形柱状结构MeAlSiN层和第二垂直柱状结构MeAlSiN层均具有面心立方体fcc结构、具有(200)择优取向，且晶粒尺寸的平均值为30-74μm。
4.如权利要求1所述的抗中温冲蚀防护涂层，其特征在于，所述抗中温冲蚀防护涂层的厚度为3-10μm，其中之字形柱状结构MeAlSiN层的厚度为500-800nm。
5.一种如权
6.如权利要求5所述的抗中温冲蚀防护涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述基体选自不锈钢、高速钢、硬质合金、钛合金中的一种。
7.如权利要求5所述的抗中温冲蚀防护涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，刻蚀处理的参数如下：刻蚀时间为20min，氩气流量为35sccm，离子束电流为0.2A，离子束功率为120W。
8.如权利要求5所述的抗中温冲蚀防护涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，沉积结合协调金属Ti层的参数如下：采用高纯Ti靶，腔体里通入流量为30sccm的Ar气，磁控溅射Ti靶电流为3A，基体负偏压为300V，沉积时间为10min；
9.如权利要求5所述的抗中温冲蚀防护涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，沉积第一垂直柱状结构MeAlSiN层和第二垂直柱状结构MeAlSiN层的参数如下：采用高纯TiAlSi靶，氩气流量和氮气流量均为30sccm，腔体气压为0.5-5Pa，设置直流磁控溅射靶电流为2-6A，基体偏压为-200至-500V，靶材与基体夹角为0°，沉积时间为30min。
10.如权利要求5所述的抗中温冲蚀防护涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，沉积之字形柱状结构MeAlSiN层的参数如下：采用高纯TiAlSi靶，氩气流量和氮气流量均为30sccm，腔体气压为0.5-5Pa，设置直流磁控溅射靶电流为2-6A，基体偏压为-200至-500V；
...【技术特征摘要】
1.一种抗中温冲蚀防护涂层，其特征在于，包括基体以及依次设置在所述基体上的氩离子刻蚀注入层、结合协调金属ti层、结合强化tin层、第一垂直柱状结构mealsin层、之字形柱状结构mealsin层和第二垂直柱状结构mealsin层，所述me为ti或cr。
2.如权利要求1所述的抗中温冲蚀防护涂层，其特征在于，所述第一垂直柱状结构mealsin层、之字形柱状结构mealsin层和第二垂直柱状结构mealsin层中，按照100％计，原子百分含量如下：n：40～50％，al：20～25％，me：30～50％，si：6～10％。
3.如权利要求1所述的抗中温冲蚀防护涂层，其特征在于，所述第一垂直柱状结构mealsin层、之字形柱状结构mealsin层和第二垂直柱状结构mealsin层均具有面心立方体fcc结构、具有(200)择优取向，且晶粒尺寸的平均值为30-74μm。
4.如权利要求1所述的抗中温冲蚀防护涂层，其特征在于，所述抗中温冲蚀防护涂层的厚度为3-10μm，其中之字形柱状结构mealsin层的厚度为500-800nm。
5.一种如权利要求1-4任一所述的抗中温冲蚀防护涂层的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括如下步骤：
6.如权利要求5所述的抗中温冲蚀防护涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中...
【专利技术属性】
技术研发人员：王丽，汪爱英，王振玉，陈仁德，马冠水，颜景军，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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