[发明专利]一种超厚吸能涂层的制备方法

说明书

本发明涉及一种超厚吸能涂层的制备方法，包括：S01:对基体进行气体离子源清洗；S02：基体进行高功率脉冲金属离子清洗；S03：通入乙炔和氮气沉积CrAlNC；S04：关闭乙炔阀门，高功率脉冲磁控沉积ZrN；S05：关闭氮气通入乙炔沉积CrAlC；S06：循环沉积膜层直至膜层厚度大于20微米。本发明实施例提供的方法，通过气体离子源、高功率脉冲磁控、多弧离子镀技术相结合的方式，沉积的超厚涂层其内应力低、韧性、抗冲击及吸能特性性好。因其方法简单、易操作，且成本低、效率高，非常适合批量生产。

技术领域

本发明涉及耐高速粒子冲蚀的涂层领域，尤其涉及超厚超韧涂层的制备方法。

背景技术

发动机在沙漠等恶劣环境下工作时，尤其在起飞和降落过程中，自然环境中的砂尘在气流的作用下被扬起而形成一个局部的高浓度砂尘环境，大量的砂尘被吸入发动机内，由于相对速度过高，能量过大对压气机叶片造成严重冲蚀磨损，显著减少了叶片服役寿命。

发明内容

为解决上述问题，需要对基体进行表面改性，增强表面硬度，耐磨性以及抗冲蚀性。吸能涂层是解决这一问题的有效手段，可以在压气机不改变叶片设计的基础上显著提高其抗冲蚀、耐磨损性能，现已成为吸能涂层应用的一大热点。

鉴于此，本发明实施例提供了一种超厚吸能涂层的方法，包括以下步骤：

S01:对基体进行气体离子源清洗；

利用气体离子源对基体表面进行表面清洗抛光。所述离子源为阳极层气体霍尔源，同时在进行表面气体离子源清洗过程中，进行加热处理，加热温度不低于400℃。同时离子源处理分为两个阶段进行；第一阶段0-600V，束流2-5A，处理30min，紧接着1200-1800V，束流0-1A，处理40min；

相比与传统的处理技术本发明使用的是阶梯式的表面清洗，先进行低压大电流清洗，快速去除表面的污染物，同时通过高能清洗能在表面形成纳米级至几十纳米的的粗糙度，大幅提高基体的比表面积，该项操作能有效提高基体与膜层的结合强度。

S02：基体进行高功率脉冲金属离子清洗；

在基体高功率脉冲金属清洗过程中，清洗金属元素为Ti、Cr、C、Co或Hf；金属离子清洗时的束流直径为800mm。

相比于传统的清洗技术，高功率脉冲金属离子清洗的峰值功率可为1MW，高功率峰值在清洗过程中方便实现热峰效应，能够在界面/表面释放热应力以及其他应力有利于后续膜层的沉积。

S03：通入乙炔和氮气沉积CrAlNC；

沉积膜层时通入的为乙炔和氮气量为随时间正弦交替变化。乙炔进气量为0-500sccm，氮气进气量为0-1000sccm，乙炔和氮气为随时间正弦变化，动态过程中乙炔与氮气进气量瞬态值比不高于1：2。

相比于传统的固定乙炔和氮气进气量比，本专利采用正弦进气,气量随时间变化，成膜时为梯度渐进无明显过渡层，膜层结合强度好、应力低，形成高韧性和高硬度的实时匹配循环膜层，大大增加了膜层本身的吸能特性。

S04：关闭乙炔阀门，高功率脉冲磁控沉积ZrN；

S05：关闭氮气通入乙炔沉积CrAlC；

工件为匀速公转，氮气和乙炔的开关与挡板阀的开关形成联动。

相比于传统的多层膜制备，本发明膜层制备过程中磁控靶和多弧靶一直为开启状态，通过挡板阀的运动进行沉积膜层种类的控制，沉积多层膜层内单元层的厚度以及各子层的厚度均可通过挡板阀的运动速度、公转速度来实现，方便大规模的精确制备。

S06：循环沉积膜层直至膜层厚度大于20μm。