[发明专利]一种具有涂层的钛合金紧固件及其制造方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜材料技术领域，尤其涉及一种具有涂层的钛合金紧固件及其制造方法和装置。

背景技术

钛合金是飞机理想的结构材料，广泛应用于飞机结构中。但钛合金钝态电位较高，易和铝合金、复合材料连接件产生电偶腐蚀，同时也能使钛合金紧固件析氢导致氢脆，造成飞机结构破坏。在使用高强度钢和铝合金以前,电镀镉涂层作为保护飞机钢结构件的方法获得了广泛使用。采用钛合金结构件后，电镀镉也是防止钛合金紧固件与连接件之间产生电偶腐蚀的传统方法，但由于电镀镉工艺容易引起钛合金氢脆、镉的环境污染和电镀镉在钛合金使用过程中的镉脆现象，限制了钛合金紧固件在飞机结构中的应用。

目前已发展了一些可在金属和其它材料上沉积涂层的方法，比较成熟的工艺有热浸、喷涂、包镀、电镀和物理气相沉积。前四种方法应用时常受到涂层厚度、结合力、被涂钛合金紧固件1的尺寸和形状等因素的制约，受到一定的限制。物理气相沉积方法可以得到厚度均匀、结合力好的铝涂层，其中阴极溅射、电弧离子镀弧和空心阴极沉积设备都可使用。尽管蒸发镀具有速度快的特点，但其均匀性较差，加离化装置后其附着力有所提高，可是涂层产品需要复杂的后处理，不利于大批量生产。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种具有涂层的钛合金紧固件及其制造方法和装置，其能够有效避免钛合金氢脆、镉的环境污染和电镀镉在钛合金使用过程中的镉脆现象，并且能够采用很好的制造方法和装置来制造所需涂层。

为了实现上述目的，本发明采第一方面提供一种具有涂层的钛合金紧固件，包括紧固件本体，所述涂层是复合铝涂层；

优选地，所述复合铝涂层是梯度成分渐变结构。

优选地，所述复合铝涂层由内向外依次为结合层、共混层和功能层。

优选地，所述结合层为溅射镀铝层。

优选地，所述共混层为纳米晶铝和微晶铝混合层。

优选地，所述功能层为多层铝涂层。

本发明第二方面提供一种制造具有复合铝涂层的钛合金紧固件的方法，其特征在于，依照如下步骤进行：预先对紧固件本体进行辉光清洗，

1）然后用中频溅射靶在所述紧固件本体上溅射沉积过渡金属铝，形成结合层；

2）用直流溅射靶和所述中频溅射靶在所述结合层上溅射沉积共混铝复合层，形成共混层；

3）继续用所述中频溅射靶和所述直流溅射靶在所述共混层上溅射沉积多层铝涂层，形成功能层；

上述结合层、共混层、功能层形成所述复合铝涂层。

优选地，所述步骤1）是在100-450℃，0.1-0.5Pa，-800V到-1000V的条件下进行；所述步骤2）是在100-450℃，0.3-0.8Pa，-100V到-250V的条件下进行；所述步骤3）是在100-350℃，0.2-0.8Pa，-50V到-150V的条件下进行。

优选地，所述步骤1）到3）步骤是在氩气环境下进行，所述结合层、共混层、功能层的厚度分别为30-50nm、0.5-5um、5-30um。

本发明第三方面提供一种制造具有复合铝涂层的钛合金紧固件的装置，其特征在于：包括真空室，位于真空室中心部位的加热器，位于真空室一侧内壁附近的第一中频溅射靶以及位于中心部位的与所述第一中频溅射靶构成对靶的第二中频溅射靶，位于真空室另一侧内壁附近的若干直流溅射靶。

本发明的有益效果是：该涂层紧固件不但具有良好的耐腐蚀性能，同时铝涂层具有较好的附着力。采用该涂层紧固件后，不但飞机的重量有所减轻，同时避免了紧固件和铝合金构件的电偶腐蚀问题，使飞机等航空航天设备具有较好的使用可靠性。此外，传统的钛合金电镀镉会导致严重的环境污染和钛合金紧固件氢脆，严重影响钛合金紧固件的使用。而采用磁控溅射技术在钛合金紧固件上制备纳米复合铝涂层，不但避免了环境污染问题，同时制备的铝涂层结构致密，结合力好，可以满足紧固件长期稳定的工作，提高了钛合金紧固件的产品质量。

附图说明

图1为本发明中所采用制造装置示意图；

图2为本发明复合铝涂层结构示意图；

图3为钛合金紧固件表面形貌；

图4为钛合金紧固件截面金相图片。

图中，1、钛合金紧固件2、直流溅射靶3、炉门4、抽真空口5、中频溅射靶6、炉壁7、加热器8、功能层9、共混层10、结合层11、紧固件本体

具体实施方式