[发明专利]一种耐磨耐蚀CrAlSiN复合涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种耐磨耐蚀CrAlSiN复合涂层，包括基体，所述的基体上覆盖有复合涂层，所述的复合涂层为基体表面自下而上依次层叠排列的Cr层、CrN层以及CrAlSiN层。其制备方法：步骤一、对基体表面进行清洗、除油、表面活化处理；步骤二、在镀膜设备真空腔体中，选用Cr、AlSi靶，通入氩气和氮气，通过控制氩气流量、氮气流量以及沉积时间在基体表面依次沉积Cr层、CrN层以及CrAlSiN层组成，步骤三、待涂层沉积完毕后，冷却在基体表面获得复合涂层。本发明的复合制备方便，具有涂层梯度而能够减小残余应力，且具有高耐磨性、高耐腐蚀性和高抗接触疲劳性。

技术领域

本发明涉及机械零部件表面强化处理技术领域，尤其指的是一种耐磨耐蚀CrAlSiN复合涂层及其制备方法；该CrAlSiN复合涂层适合用于海工装备、近海设施、船舶舰艇等海洋环境中。

背景技术

腐蚀环境的运动部件广泛应用在石油、化工和电站建设等项目，如阀门等。在实际应用中，要求阀门密封件使用寿命长，最少能保证在一个检修期内(一般1～2年)阀门不损坏，以保证整个系统安全正常的运行。而用于核电站的阀门密封件要求则更高，必须保证安全运行30年以上；有些石油化工管道特殊部位对阀门密封件的要求也很高，必须保证安全开关10万次以上。

另外，阀门在使用过程中，其密封件长期处于介质中，受到介质的腐蚀和冲刷，同时还存在着密封比压作用下的密封副之间的摩擦和磨损，因此工况条件相当苛刻。为提高密封件抗腐蚀、抗热和抗擦伤等性能，一般将堆焊、热喷涂等表面处理技术应用在阀门密封件中。但由于堆焊和热喷涂获得的保护层孔隙率较高，腐蚀介质容易通过针孔和裂纹等贯穿涂层而导致涂层的整体剥落，引起密封失效。

目前，利用PVD技术制备的CrN涂层是耐磨部件主要采用的防护涂层。然而，传统的具有柱状晶结构的CrN涂层在腐蚀介质中容易腐蚀脱落，并且涂层脆性较大，在接触应力作用下，涂层缺陷(微凸、微坑、应力集中处等)处易于萌生裂纹，导致涂层早期非正常剥落和加速疲劳磨损失效。因此，传统单一的CrN涂层已难以适应当前和未来高机械负荷和腐蚀环境中阀门密封件的苛刻工况服役环境和性能要求，如重载下的低摩擦、长寿命和耐蚀性等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供制备方便，具有涂层梯度而能够减小残余应力，且具有高耐磨性、高耐腐蚀性和高抗接触疲劳性的一种CrAlSiN复合涂层及其制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种耐磨耐蚀CrAlSiN复合涂层，包括基体，所述的基体上覆盖有复合涂层，所述的复合涂层为基体表面自下而上依次层叠排列的Cr层、CrN层以及CrAlSiN层。

优化的技术措施还包括：

上述的复合涂层的厚度为10μm~30μm。

上述的Cr层的厚度为0.3μm~3μm；所述的CrN层的厚度为4.7μm~12μm；所述的CrAlSiN层的厚度为5μm~15μm。

上述的基体的表面经过离子渗氮处理。

一种耐磨耐蚀CrAlSiN复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、对基体表面进行清洗、除油、表面活化处理；

步骤二、将步骤一处理后的基体置于镀膜设备真空腔体中，选用Cr、AlSi靶，靶电流为50~100A，工件上施加-20~-50V负偏压，控制加热温度为400℃~450℃，通入氩气和氮气，通过控制氩气流量、氮气流量以及沉积时间在基体表面依次沉积Cr层、CrN层以及CrAlSiN层组成，具体如下：

a．氩气流量保持为100sccm ~200sccm，氮气流量为0sccm，沉积1小时~2小时，得到Cr层；