【技术实现步骤摘要】
一种靶材、金属钽表面复合梯度陶瓷涂层的制法及其所得涂层
[0001]本专利技术属于复合涂层及其制法,具体为一种靶材、金属钽表面复合梯度陶瓷涂层的制法及其所得涂层。
技术介绍
[0002]金属钽(Ta)属于难熔金属的一种,具有极高熔点、良好化学性能和稳定性。从1950年以来,金属钽及其合金一直是重要的航天用高温结构材料。由于其能适应火箭推进系统、高超声速飞行、大气层再入和跨大气层飞行等极端环境条件下的服役,到目前为止,金属钽及其合金已经广泛的应用于航空、航天、核工业等领域的耐腐蚀和耐高温的结构件。
[0003]但是,金属钽及其合金在实际应用时存在抗氧化难题,是因为钽对氧的亲和势高、氧溶解度大,故其在室温时就极易吸氧,并在远低于服役温度时就会发生严重氧化,致使其高温力学性能急剧下降。为了应对金属钽难以抗氧化和高温稳定性不足的问题,目前的解决方案有两种:第一,添加其他金属元素形成合金,设计和研发具有高温抗氧化能力的钽合金,但合金化的工艺成本较高,且制备难度较大;第二,在表面设置涂层以达到高温稳定和抗氧化的目的。由于目前的航空航天工业的高速发展,高性能高温稳定和抗氧化涂层成为金属钽及其合金高温应用的关键。
[0004]为了满足耐高温氧化和实现良好的高温稳定性,防护涂层及其中间层选用元素Nb、W、Ta、Hf、Zr均为高熔点的难熔金属。由于最新研究发现,中熵合金具有比高熵合金更优异的性能,且将C元素引入中熵合金可以进一步提高涂层的性能。在将C元素引入中熵合金时,C原子不仅可以作为小原子占据其晶格点阵的间隙位置,而 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种靶材,其特征在于:为TaHfZr
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C靶材(5),包括TaHfZr合金(51)和C靶材(52),所述TaHfZr合金(51)上设置蜂窝孔,所述蜂窝孔内填充的是C靶材(52),所述蜂窝孔的直径与TaHfZr合金(51)的直径之比为1~2:10。2.一种金属钽表面复合梯度陶瓷涂层的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(a)对金属钽(1)表面进行抛光、清洗,之后进行辉光放电溅射预处理;(b)使用双层辉光等离子表面冶金法在金属钽(1)表面制备Nb
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W中间层(2);(c)使用双层辉光等离子表面冶金法在Nb
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W中间层(2)表面制备TaHfZr中熵合金层(3);(d)使用双层辉光等离子表面冶金法及TaHfZr
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C靶材(5),在TaHfZr中熵合金层(3)的表面制备(TaHfZr)C稳定防护层(4),所述TaHfZr
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C靶材(5)包括TaHfZr合金(51)和C靶材(52),所述TaHfZr合金(51)上设置蜂窝孔,所述蜂窝孔内填充的是C靶材(52),所述蜂窝孔的直径与TaHfZr合金(51)的直径之比为1~2:10。3.根据权利要求2所述的一种金属钽表面复合梯度陶瓷涂层的制备方法,其特征在于:所述步骤(a)中,辉光放电溅射预处理为将金属钽(1)作为工件极,不设置源极,通入高纯氩气,处理参数为:工件极电压450~550V,频率41.0~42.0Hz,气压41~43Pa,处理时间4~5h。4.根据权利要求2所述的一种金属钽表面复合梯度陶瓷涂层的制备方法,其特征在于:所述步骤(b)中,双层辉光等离子表面冶金法具体包括以下步骤:(b1)将Nb
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W合金靶材表面打磨、抛光、清洗后,安装作为源极,将步骤(a)所得试样作为工件极;(b2)打开循环水30~40℃,开启机械泵,抽气至0.1Pa以下,通入高纯氩气洗气,调节气体流量使气压保持在32~35Pa之间;(b3)调节源极电压为850~950V,工件极电压为500V~600V,工作气压为32~35Pa,源极与工件极间距为14~24mm,保温时间为1~2h,保持辉光稳定,在金属钽(1)表面制备Nb
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W中间层(2);(b4)制备结束后,将工件极电压和源极电压降至0,抽真空至0.01Pa,关闭机械泵,待炉腔内温度降至室温,取出试样并关闭冷却水。5.根据权利要求2所述的一种金属钽表面复合梯度陶瓷涂层的制备方法,其特征在于:所述步骤(c)中,双层辉光等离子表面冶金法具体包括以下步骤:(c1)将步骤(b)所得试样简单抛光,去除杂质油污后作为工件极,将熔炼制备的等原子比TaHfZr合金靶材表面预处理后作为源极,装入双辉炉内,将腔内气压抽至0.1Pa以下,通入氩气洗气;(c2)稳定气压在32~35Pa,调节源极与工件极间距13~16mm,...
【专利技术属性】
技术研发人员:魏东博,高泽宇,张平则,李淑琴,杨凯,
申请(专利权)人:南京航空航天大学,
类型:发明
国别省市:
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