[发明专利]具有自扩散特征的三维层状结构的复合涂层及其制备方法

说明书

具有自扩散特征的三维层状结构的复合涂层及其制备方法，本发明属于表面工程技术领域，它为了外壳部件在服役过程中受到气流、尾流作用，易产生裂纹的问题。本发明具有自扩散特征的三维层状结构的复合涂层是在基体表面依次沉积有内层和外层，所述的内层为交替高能束沉积的多孔硬质层与韧性层，其中多孔硬质层是以金属氧化物或者陶瓷为主相并掺杂有造孔剂；其中韧性层是以金属氧化物或者陶瓷为主相并掺杂低熔点金属或者有机化物；所述的外层是采用激光氮化或碳化工艺获得。本发明复合涂层中内层的多孔硬质层及韧性层交替的结构可以增加裂纹的偏转取向，缓解外部载荷的应力冲击作用，增加从微裂纹萌生到宏观裂纹出现的服役时间。

技术领域

本发明属于表面工程技术领域，具体涉及一种具有层状结构的复合涂层及其制备方法。

背景技术

汽车外壳、航天器等部件在服役过程中受到气流、尾流时，会对部件产生一定的压力，服役时间过长或压力骤增时会使部件产生裂纹，随着裂纹的扩展将会导致部件的失效。

表面涂层技术是部件防护的重要手段之一，表面自生成的硬质颗粒较外部添加的颗粒结合更好，可以更好的起到保护部件的作用。如采用激光氮化的工艺可以在部件表面形成硬质氮化物，具有较强的硬度与耐磨蚀性能。

发明内容

本发明的目的是为了外壳部件在服役过程中受到气流、尾流作用，易产生裂纹服役寿命低的问题，而提供一种具有自扩散特征的三维层状结构的复合涂层及其制备方法。

本发明具有自扩散特征的三维层状结构的复合涂层是在基体表面依次沉积有内层和外层，所述的内层为交替沉积的多孔硬质层与韧性层，其中多孔硬质层是以金属氧化物或者陶瓷为主相并掺杂有造孔剂，采用高能束沉积工艺获得；其中韧性层是以金属氧化物或者陶瓷为主相并掺杂低熔点金属或者有机化物，采用高能束沉积工艺获得；

所述的外层是采用激光氮化或渗碳工艺获得。

本发明具有自扩散特征的三维层状结构的复合涂层的制备方法按照以下步骤实现：

一、在基体表面采用高能束沉积多孔硬质层，所述的多孔硬质层是以金属氧化物或者陶瓷为主相并掺杂有造孔剂，得到带有多孔硬质层的基体；

二、在带有多孔硬质层的基体的表面采用高能束沉积韧性层，所述的韧性层是以金属氧化物或者陶瓷为主相并掺杂低熔点金属或者有机化物，得到带有硬质层-韧性层的基体；

三、依次重复步骤一和步骤二的高能束沉积过程；

四、在800-1500℃下对带有内层的基体进行热处理，得到带有内层的基体；

五、采用激光氮化或渗碳工艺处理带有内层的基体，得到具有自扩散特征的三维层状结构的复合涂层。

本发明提供的具有自扩散特征的三维层状结构的复合涂层中内层的多孔硬质层及韧性层交替的结构可以增加裂纹的偏转取向，缓解外部载荷的应力冲击作用，增加从微裂纹萌生到宏观裂纹出现的服役时间。其可协同外层的增强型表面的防护作用共同实现强韧一体化，克服韧性与强度不可兼容的难题。该涂层的制备方法工艺可靠，可实现涂层结构一体化快速精准制造，效率高，并能确保涂层结构、尺寸稳定可控。表面制备上述涂层的抗压部件可以满足服役要求。

本发明所述的具有自扩散特征的三维层状结构的复合涂层可制备在抗压部件表面，例如汽车外壳、航天器机身表面。

本发明所提供的具有自扩散特征的三维层状结构的复合涂层中内层具有多孔连续层状结构，该多孔连续层状结构借鉴了贝壳的“砖-泥结构”，以硬质相为“砖”，韧性相为泥，增强结构的自扩散能力，具有较好的韧性，外层具有增强相，强度与硬度较好。二者协同克服了涂层强韧性无法兼容的难题，实现强韧一体化，并且涂层和基体是冶金结合，耐蚀综合防护能力也显著提升。

附图说明

图1为本发明具有自扩散特征的三维层状结构的复合涂层的整体结构示意图；