一種緩解復(fù)合材料表面金屬涂層微裂紋擴(kuò)展的方法
【專利說明】一種緩解復(fù)合材料表面金屬涂層微裂紋擴(kuò)展的方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及表面工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種緩解復(fù)合材料表面金屬涂層微裂紋擴(kuò)展的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]復(fù)合材料，特別是樹脂基復(fù)合材料因質(zhì)輕，具有優(yōu)異的綜合性能和性能可設(shè)計性，在導(dǎo)彈、衛(wèi)星、飛船、空間站等空間飛行器上進(jìn)行了廣泛的應(yīng)用。近年來，隨著航天技術(shù)和武器裝備技術(shù)的發(fā)展，對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件表面提出了高導(dǎo)電、導(dǎo)熱、熱控等功能和防護(hù)要求。為此，必須在復(fù)合材料表面制備金屬功能涂層滿足上述提出的應(yīng)用需求。
[0004]然而，由于金屬功能涂層與基底之間熱脹系數(shù)差異大、匹配性差，致使復(fù)合材料表面沉積的金屬涂層附著力低，且難以承受長期冷熱交變的空間環(huán)境，這已經(jīng)成為復(fù)合材料表面金屬功能涂層制備的瓶頸，也阻礙了復(fù)合材料在空間的進(jìn)一步應(yīng)用。
[0005]本發(fā)明通過采用一種梯度過渡層，有效提高了涂層與復(fù)合材料基底之間的匹配性，通過離子束轟擊形成多層結(jié)構(gòu)金屬功能涂層，有效降低涂層內(nèi)應(yīng)力，且多界面結(jié)構(gòu)能有效阻礙涂層內(nèi)部裂紋的擴(kuò)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種緩解復(fù)合材料表面金屬涂層微裂紋擴(kuò)展的方法，提高了涂層與復(fù)合材料基底之間的匹配性，降低了涂層內(nèi)應(yīng)力，緩解了復(fù)合材料表面金屬涂層在冷熱交變下產(chǎn)生裂紋和裂紋擴(kuò)展問題。
[0007]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案:
一種緩解復(fù)合材料表面金屬涂層微裂紋擴(kuò)展的方法，包括下列步驟:
(1)化學(xué)清洗:首先采用棉布蘸丙酮對復(fù)合材料表面進(jìn)行擦洗，然后采用無水乙醇對復(fù)合材料表面進(jìn)行脫水處理；
(2)離子束清洗:在真空室通入氬氣，確保真空室真空度大于等于1.0X 10 2Pa小于等于5.0X 10 2Pa,離子束清洗時間大于等于30min小于等于60min ；
(3)梯度過渡層制備:在介質(zhì)為Ar等離子體氣氛中，在復(fù)合材料表面制備梯度過渡層；
(4)多層結(jié)構(gòu)金屬功能涂層制備:在介質(zhì)為Ar等離子體氣氛中，在過渡層表面制備多層結(jié)構(gòu)的金屬功能涂層。
[0008]進(jìn)一步地，所述步驟(I)采用白色棉布蘸丙酮對復(fù)合材料表面進(jìn)行多遍擦洗，且每次擦洗都要更換干凈棉布，擦洗過程中要根據(jù)濕痕判斷擦拭是否有遺漏，直到白色棉布顏色不再發(fā)生變化為止。
[0009]進(jìn)一步地，所述步驟(2)中所用離子源的工作電壓大于等于1.5kV，小于等于3.0kV0
[0010]進(jìn)一步地，所述步驟(2)中需疊加大于等于一 100V，小于等于一 200V的脈沖偏壓，且偏壓要由低到高緩慢上調(diào)。
[0011]進(jìn)一步地，所述步驟(3)和(4)的中真空室真空度大于等于1.0X 10 2Pa小于等于5.0X10 2Pa,
所述步驟(3)中需疊加大于等于一 200V，小于等于一 500V的脈沖偏壓，
所述步驟(4)中需疊加大于等于一 100V小于等于一 200V的脈沖偏壓。
[0012]進(jìn)一步地，所述步驟(3)中所述的過渡層包括依次沉積的Cr涂層、CrZr涂層和Zr涂層。
[0013]進(jìn)一步地，所述步驟(3)的中過渡層制備時電弧源工作電流大于等于40A小于等于 80A。
[0014]進(jìn)一步地，所述步驟(3)中所述過渡層的厚度大于等于功能層厚度的1/10，小于等于功能層厚度的1/8。
[0015]進(jìn)一步地，所述步驟(4)中功能涂層沉積和離子束轟擊交替進(jìn)行。
[0016]進(jìn)一步地，所述步驟(4)中每次涂層沉積和離子束轟擊時間大于等于20min，小于等于40min。
[0017]本發(fā)明一種緩解復(fù)合材料表面金屬涂層微裂紋擴(kuò)展的方法，提高了涂層與復(fù)合材料基底之間的匹配性，降低了涂層內(nèi)應(yīng)力，緩解了復(fù)合材料表面金屬涂層在冷熱交變下產(chǎn)生裂紋和裂紋擴(kuò)展問題。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合實施方式對本發(fā)明的噴涂方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本部分的描述僅是示范性和解釋性，不應(yīng)對本發(fā)明的保護(hù)范圍有任何的限制作用。
[0019]實施例1
(1)化學(xué)清洗:首先采用白色棉布蘸丙酮對復(fù)合材料表面擦洗3遍，擦洗過程中根據(jù)濕痕判斷，確保擦拭無遺漏，然后采用棉布蘸無水乙醇對復(fù)合材料表面進(jìn)行脫水處理；
(2)離子束清洗:在真空室通入氬氣，調(diào)節(jié)氬氣流量，使真空室真空度為1.0X10 2Pa,離子源的工作電壓為1.5kV，疊加一 100V的脈沖偏壓，離子束清洗時間為30min ;
(3)梯度過渡層制備:調(diào)節(jié)氬氣流量，將真空室真空度控制為1.0X 12Pa,疊加一200V的脈沖偏壓，依次沉積Cr涂層、CrZr涂層和Zr涂層，調(diào)節(jié)電弧源的工作電流為40A ;
(4)多層結(jié)構(gòu)金屬功能涂層制備:調(diào)節(jié)氬氣流量，將真空室真空度控制為1.0X 10 2Pa,疊加一 100V的脈沖偏壓，開啟Cu弧源沉積Cu涂層，調(diào)節(jié)電弧源的工作電流為40A，工作時間 20min ；
(5)多層結(jié)構(gòu)金屬功能涂層制備:關(guān)閉Cu弧源，開啟離子源，離子源工作電壓調(diào)節(jié)為
1.5kv，工作時間20min ；
(6)重復(fù)步驟(4)和(5)10次。
[0020]
實施例2
(I)化學(xué)清洗:首先采用白色棉布蘸丙酮對復(fù)合材料表面擦洗3遍，擦洗過程中根據(jù)濕痕判斷，確保擦拭無遺漏，然后采用棉布蘸無水乙醇對復(fù)合材料表面進(jìn)行脫水處理；
(2)離子束清洗:在真空室通入氬氣，調(diào)節(jié)氬氣流量，使真空室真空度為3.0XlO 2Pa,離子源的工作電壓為2.0kV，疊加一 150V的脈沖偏壓，離子束清洗時間為40min ;
(3)梯度過渡層制備:調(diào)節(jié)氬氣流量，將真空室真空度控制為3.0X 12Pa,疊加一300V的脈沖偏壓，依次沉積Cr涂層、CrZr涂層和Zr涂層，調(diào)節(jié)電弧源的工作電流為60A ;
(4)多層結(jié)構(gòu)金屬功能涂層制備:調(diào)節(jié)氬氣流量，將真空室真空度控制為3.0X 10 2Pa,疊加一 150V的脈沖偏壓，開啟Al弧源沉積Al涂層，調(diào)節(jié)電弧源的工作電流為60A，工作時間 30min ；
(5)多層結(jié)構(gòu)金屬功能涂層制備:關(guān)閉Al弧源，開啟離子源，離子源工作電壓調(diào)節(jié)為
2.0kv，工作時間30min ；
(6)重復(fù)步驟(4)和(5)10次。
[0021]
實施例3
(1)化學(xué)清洗:首先采用白色棉布蘸丙酮對復(fù)合材料表面擦洗4遍，擦洗過程中根據(jù)濕痕判斷，確保擦拭無遺漏，然后采用棉布蘸無水乙醇對復(fù)合材料表面進(jìn)行脫水處理；
(2)離子束清洗:在真空室通入氬氣，調(diào)節(jié)氬氣流量，使真空室真空度為5.0X10 2Pa,離子源的工作電壓為2.5kV，疊加一 200V的脈沖偏壓，離子束清洗時間為50min ;
(3)梯度過渡層制備:調(diào)節(jié)氬氣流量，將真空室真空度控制為5.0X 12Pa,疊加一500V的脈沖偏壓，依次沉積Cr涂層、CrZr涂層和Zr涂層，調(diào)節(jié)電弧源的工作電流為80A ;
(4)多層結(jié)構(gòu)金屬功能涂層制備:調(diào)節(jié)氬氣流量，將真空室真空度控制為5.0X 10 2Pa,疊加一 200V的脈沖偏壓，開啟Al弧源沉積Al涂層，調(diào)節(jié)電弧源的工作電流為80A，工作時間 40min ；
(5)多層結(jié)構(gòu)金屬功能涂層制備:關(guān)閉Al弧源，開啟離子源，離子源工作電壓調(diào)節(jié)為
2.5kv，工作時間40min ；
(6)重復(fù)步驟(4)和(5)10次。
[0022]本發(fā)明一種緩解復(fù)合材料表面金屬涂層微裂紋擴(kuò)展的方法，提高了涂層與復(fù)合材料基底之間的匹配性，降低了涂層內(nèi)應(yīng)力，緩解了復(fù)合材料表面金屬涂層在冷熱交變下產(chǎn)生裂紋和裂紋擴(kuò)展問題。
【主權(quán)項】
1.一種緩解復(fù)合材料表面金屬涂層微裂紋擴(kuò)展的方法，其特征在于，包括下列步驟: (1)化學(xué)清洗:首先采用棉布蘸丙酮對復(fù)合材料表面進(jìn)行擦洗，然后采用無水乙醇對復(fù)合材料表面進(jìn)行脫水處理； (2)離子束清洗:在真空室通入氬氣，確保真空室真空度大于等于1.0X 10 2Pa小于等于5.0X 10 2Pa,離子束清洗時間大于等于30min小于等于60min ； (3)梯度過渡層制備:在介質(zhì)為Ar等離子體氣氛中，在復(fù)合材料表面制備梯度過渡層； (4)多層結(jié)構(gòu)金屬功能涂層制備:在介質(zhì)為Ar等離子體氣氛中，在過渡層表面制備多層結(jié)構(gòu)的金屬功能涂層。2.根據(jù)權(quán)利要求1中的一種緩解復(fù)合材料表面金屬涂層微裂紋擴(kuò)展的方法，其特征在于，所述步驟(I)采用白色棉布蘸丙酮對復(fù)合材料表面進(jìn)行多遍擦洗，且每次擦洗都要更換干凈棉布，擦洗過程中要根據(jù)濕痕判斷擦拭是否有遺漏，直到白色棉布顏色不再發(fā)生變化為止。3.根據(jù)權(quán)利要求1中的一種緩解復(fù)合材料表面金屬涂層微裂紋擴(kuò)展的方法，其特征在于，所述步驟(2)中所用離子源的工作電壓大于等于1.5kV，小于等于3.0kV。4.根據(jù)權(quán)利要求1中的一種緩解復(fù)合材料表面金屬涂層微裂紋擴(kuò)展的方法，其特征在于，所述步驟(2)中需疊加大于等于一 100V，小于等于一 200V的脈沖偏壓，且偏壓要由低到高緩慢上調(diào)。5.根據(jù)權(quán)利要求1中的一種緩解復(fù)合材料表面金屬涂層微裂紋擴(kuò)展的方法，其特征在于，所述步驟(3)和(4)的中真空室真空度大于等于1.0X 10 2Pa小于等于5.0X 10 2Pa, 所述步驟(3)中需疊加大于等于一 200V，小于等于一 500V的脈沖偏壓， 所述步驟(4)中需疊加大于等于一 100V，小于等于一 200V的脈沖偏壓。6.根據(jù)權(quán)利要求1中的一種緩解復(fù)合材料表面金屬涂層微裂紋擴(kuò)展的方法，其特征在于，所述步驟(3)中所述的過渡層包括依次沉積的Cr涂層、CrZr涂層和Zr涂層。7.根據(jù)權(quán)利要求1中的一種緩解復(fù)合材料表面金屬涂層微裂紋擴(kuò)展的方法，其特征在于，所述步驟(3)的中過渡層制備時電弧源工作電流大于等于40A小于等于80A。8.根據(jù)權(quán)利要求1中的一種緩解復(fù)合材料表面金屬涂層微裂紋擴(kuò)展的方法，其特征在于，所述步驟(3)中所述過渡層的厚度大于等于功能層厚度的1/10，小于等于功能層厚度的 1/8。9.根據(jù)權(quán)利要求1中的一種緩解復(fù)合材料表面金屬涂層微裂紋擴(kuò)展的方法，其特征在于，所述步驟(4)中功能涂層沉積和離子束轟擊交替進(jìn)行。10.根據(jù)權(quán)利要求9中的一種緩解復(fù)合材料表面金屬涂層微裂紋擴(kuò)展的方法，其特征在于，所述步驟(4)中每次涂層沉積和離子束轟擊時間大于等于20min，小于等于40min。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種緩解復(fù)合材料表面金屬涂層微裂紋擴(kuò)展的方法，包括下列步驟：(1)化學(xué)清洗：首先采用棉布蘸丙酮對復(fù)合材料表面進(jìn)行擦洗，然后采用無水乙醇對復(fù)合材料表面進(jìn)行脫水處理；(2)離子束清洗：在真空室通入氬氣，確保真空室真空度大于等于1.0×10-2Pa小于等于5.0×10-2Pa，離子束清洗時間大于等于30min小于等于60min；(3)梯度過渡層制備：在介質(zhì)為Ar等離子體氣氛中，在復(fù)合材料表面制備梯度過渡層；（4）多層結(jié)構(gòu)金屬功能涂層制備：在介質(zhì)為Ar等離子體氣氛中，在過渡層表面制備多層結(jié)構(gòu)的金屬功能涂層。本發(fā)明提高了涂層與復(fù)合材料基底之間的匹配性，降低了涂層內(nèi)應(yīng)力，緩解了復(fù)合材料表面金屬涂層在冷熱交變下產(chǎn)生裂紋和裂紋擴(kuò)展問題。
【IPC分類】C23C14/28, C23C14/20
【公開號】CN105132863
【申請?zhí)枴緾N201510576319
【發(fā)明人】武生虎, 馬占吉, 肖更竭, 趙棟才, 劉孝麗, 牟先凱
【申請人】蘭州空間技術(shù)物理研究所
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年9月11日