專利名稱：用于壓氣輪機(jī)葉片的TiN-TiMo復(fù)合涂層及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于壓氣輪機(jī)葉片的防護(hù)涂層，特別是涉及一種采用磁控濺射(鍍TiMo)與多弧離子鍍(鍍TiN)在壓氣輪機(jī)葉片上鍍制的TiN-TiMo復(fù)合涂層及制備方法，屬于真空鍍膜技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在艦船的動(dòng)力中，燃?xì)廨啓C(jī)是現(xiàn)代艦船的主要的動(dòng)力裝置。壓氣機(jī)是燃?xì)廨啓C(jī)的主要部件之一，它的作用是提高流經(jīng)空氣的壓力，向燃燒室供給符合要求的壓縮空氣。壓氣機(jī)性能的優(yōu)劣直接影響燃?xì)廨啓C(jī)的功率、油耗、工作穩(wěn)定性和可靠性等主要性能。壓氣機(jī)部分的葉輪、葉片主要受到氣體粉塵粒狀的沖刷磨損、微動(dòng)磨損、海水中的鹽霧腐蝕的作用，這種復(fù)雜的工況條件對這些關(guān)鍵部件的性能提出了更高的要求，其可靠性和使用壽命在很大的程度上決定了燃?xì)廨啓C(jī)的可靠性和使用壽命。在現(xiàn)代航空及能源電力工業(yè)中，根據(jù)不同的工況條件，采用不同表面涂層處理技術(shù)是顯著提高壓氣機(jī)葉輪、葉片的使用溫度和使用壽命的有效技術(shù)手段。TiN涂層具有優(yōu)異的物理、化學(xué)性能，具有硬度高、耐磨性好、摩擦因數(shù)小(O.1 0.4)及耐鹽霧腐蝕性能好等優(yōu)點(diǎn)，是目前研究較多的涂層材料之一。近幾十年來，TiN作為最常見的表面改性機(jī)械功能涂層，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于刀具、鉆頭。模具的表面改性，同時(shí)逐步發(fā)展出以TiN為基的多種復(fù)合、多層涂層。目前，采用多種方法制備TiN涂層，如離子束輔助沉積、空心陰極離子鍍、多弧離子鍍和磁控濺射等，其中，多弧離子鍍由于具備沉積速率高、結(jié)合強(qiáng)度好的突出優(yōu)勢，而成為物理氣相沉積TiN涂層的主要方法。多弧離子鍍技術(shù)是70年代開始研究的一種新的物理氣相沉積工藝。它的基本原理是把金屬蒸發(fā)源作為陰極，與作為陽極的真空室產(chǎn)生弧光放電，使陰極金屬靶材鈦蒸發(fā)并離子化，再與通入室內(nèi)的離化氮?dú)饨Y(jié)合形成TiN，沉積在加有負(fù)偏壓的工件表面。多弧離子鍍具有靶材離化率高，沉積速度大，繞鍍性好等優(yōu)點(diǎn)。因此，研究開發(fā)出合適的以TiN為基的復(fù)合涂層制備工藝是近年來壓氣輪機(jī)葉片上鍍制TiN涂層研究的熱點(diǎn)之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述技術(shù)問題，通過研究改進(jìn)，提供了一種新型的用于壓氣輪機(jī)葉片的TiN-TiMo復(fù)合涂層及制備方法。本發(fā)明給出的這種用于壓氣輪機(jī)葉片的TiN-TiMo復(fù)合涂層由TiMo粘結(jié)層和TiN面層組成。該制備方法采用H-MFD200型高真空多功能薄膜沉積系統(tǒng)，在金屬表面鍍制TiN/TiMo復(fù)合涂層。本發(fā)明提供的制備工藝包括粘結(jié)層TiMo的制備采用磁控濺射制備工藝JPTiN面層的制備采用多弧離子鍍制備工藝。該方法制備的涂層致密，與基體結(jié)合力良好，涂層厚度可控制，在600°C高溫下，具有良好的抗熱循環(huán)能力、抗熱鹽腐蝕能力和抗沖刷磨損的能力。本發(fā)明給出的技術(shù)方案是這種用于壓氣輪機(jī)葉片的TiN-TiMo復(fù)合涂層，其特點(diǎn)是由TiMo粘結(jié)層和TiN面層組成。
本發(fā)明給出的這種用于壓氣輪機(jī)葉片的TiN-TiMo復(fù)合涂層的制備方法，其特點(diǎn)是有下列步驟步驟1:磁控濺射TiMo涂層(I)預(yù)處理待鍍工件經(jīng)砂紙打磨、拋光，用丙酮超聲波清洗，再用超聲波去離子水清洗，最后用無水乙醇清洗烘干；(2)裝爐將清洗好的工件安裝在H-MFD200型高真空多功能薄膜沉積系統(tǒng)真空室內(nèi)試樣臺上，確保固定，以防脫落。(3)濺射 TiMo 層I)將金屬Ti靶、Mo靶置于直流陰極上；2)關(guān)閉真空室，抽真空至1. 5 X KT2Pa ；3)真空度達(dá)到1. 5 X 10_2Pa之后，通入Ar氣；調(diào)節(jié)質(zhì)量流量計(jì)的流量，使氣壓調(diào)節(jié)到2 5Pa范圍內(nèi)；4)離子轟擊打開負(fù)偏壓電源，將負(fù)偏壓調(diào)至500 1000V范圍，對工件進(jìn)行離子轟擊輝光清洗，同時(shí)啟動(dòng)加熱器對待鍍工件進(jìn)行加熱；

5)離子清洗完畢后，在150 200°C、0. 2 O. 4KV電壓、O.1 O. 75A電流下進(jìn)行反應(yīng)磁控濺射，控制濺射時(shí)間4 8分鐘。6)濺射完畢即得到TiMo薄膜。(4)關(guān)閉弧靶電源，待工件溫度降至80°C作用時(shí)，關(guān)閉抽氣閥，對真空室充入干燥空氣，打開真空室，取出工件。檢驗(yàn)工件表面涂層是否完整。步驟2 :多弧離子鍍TiN(I)裝爐與離子轟擊將鍍有TiMo過渡層的工件安裝在H-MFD200型高真空多功能薄膜沉積系統(tǒng)真空室內(nèi)試樣臺上，確保固定，以防脫落。(2)鍍 TiN 涂層I)將金屬Ti靶置于陰極上；2)關(guān)閉真空室,抽真空至1. 2 X IO^2Pa ；3)真空度達(dá)到1. 5父10_如之后，通入隊(duì)氣；調(diào)節(jié)質(zhì)量流量計(jì)的流量，使氣壓調(diào)節(jié)到2 5 X IO^1Pa范圍內(nèi)；4)離子轟擊打開負(fù)偏壓電源，將負(fù)偏壓調(diào)至500 1000V范圍，對工件進(jìn)行離子轟擊輝光清洗，同時(shí)啟動(dòng)加熱器對待鍍工件進(jìn)行加熱；5)離子清洗完畢后，在200 400°C、0. 4 1. OKV負(fù)偏壓、40 80A電流下進(jìn)行多弧離子鍍鍍膜，沉積時(shí)間10 40分鐘。6)沉積完畢即得到TiN薄膜。(3)關(guān)閉弧靶電源，待工件溫度降至80°C作用時(shí)，關(guān)閉抽氣閥，對真空室充入干燥空氣，打開真空室，取出工件。為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，涂層沉積前對工件表面進(jìn)行離子清理，即在高能電場作用下，工件表面受到離子轟擊，基體材料被帶走，發(fā)生離子凈化和表面活化過程，涂層結(jié)合力更強(qiáng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
1、采用H-MFD200型高真空多功能薄膜沉積系統(tǒng)，可以在金屬表面鍍制TiN/TiMo復(fù)合涂層，涂層厚度可控；2、由于具有TiMo過渡層，涂層TiN/TiMo復(fù)合涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度高于單層TiN涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度，彎曲90°涂層無脫落；3、采用該發(fā)明制備的復(fù)合涂層，在600°C高溫下，具有良好的抗熱循環(huán)能力、抗熱鹽腐蝕能力和抗沖刷磨損的能力；4、TiN/TiMo復(fù)合涂層不影響基材的耐腐蝕性能和抗疲勞性能。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1在TCl I金屬表面鍍制TiN/TiMo復(fù)合涂層步驟1:磁控派射TiMo涂層(I)預(yù)處理待鍍工件經(jīng)砂紙打磨、拋光，用丙酮超聲波清洗10分鐘，再用超聲波去離子水清洗5分鐘，最后用無水乙醇清洗烘干；(2)裝爐將清洗好的工件安裝在H-MFD200型高真空多功能薄膜沉積系統(tǒng)真空室內(nèi)試樣臺上，確保固定，以防脫落。(3)濺射 TiMo 層I)將金屬Ti靶、Mo靶置于直流陰極上；2)關(guān)閉真空室，抽真空至1. 5 X KT2Pa ；3)真空度達(dá)到1. 5 X 10_2Pa之后，通入Ar氣；調(diào)節(jié)質(zhì)量流量計(jì)的流量，使氣壓調(diào)節(jié)到2Pa范圍內(nèi)；4)離子轟擊打開負(fù)偏壓電源，將負(fù)偏壓調(diào)至500 1000V范圍，對工件進(jìn)行離子轟擊輝光清洗，同時(shí)啟動(dòng)加熱器對待鍍工件進(jìn)行加熱；5)離子清洗完畢后，在150°C、鈦靶電壓O. 4KV、Mo靶電壓O. 5KV、電流O. 5A條件下進(jìn)行反應(yīng)磁控濺射，控制濺射時(shí)間6分鐘。7)濺射完畢即得到TiMo薄膜。(4)關(guān)閉弧靶電源，待工件溫度降至80°C作用時(shí)，關(guān)閉抽氣閥，對真空室充入干燥空氣，打開真空室，取出工件。檢驗(yàn)工件表面涂層是否完整。步驟2 :多弧離子鍍TiN(I)裝爐與離子轟擊將鍍有TiMo過渡層的工件安裝在H-MFD200型高真空多功能薄膜沉積系統(tǒng)真空室內(nèi)試樣臺上，確保固定，以防脫落。(2)鍍 TiN 涂層I)將金屬Ti靶置于陰極上；2)關(guān)閉真空室，抽真空至1. 2 X KT2Pa ；3)真空度達(dá)到1. 2父10_如之后，通入隊(duì)氣；調(diào)節(jié)質(zhì)量流量計(jì)的流量，使氣壓調(diào)節(jié)到3. 6 X KT1Pa范圍內(nèi)；4)離子轟擊打開負(fù)偏壓電源，將負(fù)偏壓調(diào)至500 1000V范圍，對工件進(jìn)行離子轟擊輝光清洗，同時(shí)啟動(dòng)加熱器對待鍍工件進(jìn)行加熱；
5)離子清洗完畢后，在320°C、0. 75KV負(fù)偏壓、50A電流下進(jìn)行多弧離子鍍鍍膜，沉積時(shí)間20分鐘。7)沉積完畢即得到TiN薄膜。(3)關(guān)閉弧靶電源，待工件溫度降至80°C左右時(shí)，關(guān)閉抽氣閥，對真空室充入干燥空氣，打開真空室，取出工件。
權(quán)利要求
1.一種用于壓氣輪機(jī)葉片的TiN-TiMo復(fù)合涂層，其特征在于由TiMo粘結(jié)層和TiN面層組成。
2.權(quán)利要求1所述用于壓氣輪機(jī)葉片的TiN-TiMo復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于有下列步驟 步驟1:磁控濺射TiMo涂層 (1)預(yù)處理待鍍工件經(jīng)砂紙打磨、拋光，用丙酮超聲波清洗，再用超聲波去離子水清洗，最后用無水乙醇清洗烘干； (2)裝爐將清洗好的工件安裝在H-MFD200型高真空多功能薄膜沉積系統(tǒng)真空室內(nèi)試樣臺上，確保固定，以防脫落； (3)濺射TiMo層 1)將金屬Ti靶、Mo靶置于直流陰極上； 2)關(guān)閉真空室，抽真空至1.5 X KT2Pa; 3)真空度達(dá)到1.5X 10 之后，通入Ar氣；調(diào)節(jié)質(zhì)量流量計(jì)的流量，使氣壓調(diào)節(jié)到2 5Pa范圍內(nèi)； 4)離子轟擊打開負(fù)偏壓電源，將負(fù)偏壓調(diào)至500 1000V范圍，對工件進(jìn)行離子轟擊輝光清洗，同時(shí)啟動(dòng)加熱器對待鍍工件進(jìn)行加熱； 5)離子清洗完畢后，在150 200°C、0.2 O. 4KV電壓、O.1 O. 75A電流下進(jìn)行反應(yīng)磁控濺射，控制濺射時(shí)間4 8分鐘； 6)濺射完畢即得到TiMo薄膜； (4)關(guān)閉弧靶電源，待工件溫度降至80°C作用時(shí)，關(guān)閉抽氣閥，對真空室充入干燥空氣，打開真空室，取出工件，檢驗(yàn)工件表面涂層是否完整； 步驟2 :多弧離子鍍TiN (1)裝爐與離子轟擊 將鍍有TiMo過渡層的工件安裝在H-MFD200型高真空多功能薄膜沉積系統(tǒng)真空室內(nèi)試樣臺上，確保固定，以防脫落； (2)鍍TiN涂層 1)將金屬Ti靶置于陰極上； 2)關(guān)閉真空室，抽真空至1.2 X KT2Pa; 3)真空度達(dá)到1.5X KT2Pa之后，通入N2氣；調(diào)節(jié)質(zhì)量流量計(jì)的流量，使氣壓調(diào)節(jié)到2 SXKT1Pa范圍內(nèi)； 4)離子轟擊打開負(fù)偏壓電源，將負(fù)偏壓調(diào)至500 1000V范圍，對工件進(jìn)行離子轟擊輝光清洗，同時(shí)啟動(dòng)加熱器對待鍍工件進(jìn)行加熱； 5)離子清洗完畢后，在200 400°C、0.4 1. OKV負(fù)偏壓、40 80A電流下進(jìn)行多弧離子鍍鍍膜，沉積時(shí)間10 40分鐘； 6)沉積完畢即得到TiN薄膜； (3)關(guān)閉弧靶電源，待工件溫度降至80°C時(shí)，關(guān)閉抽氣閥，對真空室充入干燥空氣，打開真空室，取出工件。
3.按照權(quán)利要求2所述用于壓氣輪機(jī)葉片的TiN-TiMo復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于涂層沉積前對工件表面進(jìn)行離子清理。
全文摘要
一種用于壓氣輪機(jī)葉片的TiN-TiMo復(fù)合涂層及制備方法，其特點(diǎn)是用于壓氣輪機(jī)葉片的TiN-TiMo復(fù)合涂層由TiMo粘結(jié)層和TiN面層組成；該制備方法采用H-MFD200型高真空多功能薄膜沉積系統(tǒng)，在金屬表面鍍制TiN/TiMo復(fù)合涂層，該制備方法包括粘結(jié)層TiMo的制備采用磁控濺射制備工藝；和TiN面層的制備采用多弧離子鍍制備工藝。本發(fā)明制備的涂層致密，與基體結(jié)合力良好，涂層厚度可控制，在600℃高溫下，具有良好的抗熱循環(huán)能力、抗熱鹽腐蝕能力和抗沖刷磨損的能力。
文檔編號B32B15/04GK103029372SQ200910220778
公開日2013年4月10日 申請日期2009年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者高淑春, 胡金玲, 張森森 申請人:沈陽天賀新材料開發(fā)有限公司