【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于涂层材料，具体涉及一种多子层循环抗冲蚀防腐蚀涂层及其制备方法和应用。
技术介绍
1、飞机在沙尘或沿海地区服役时，空气中的沙粒、尘埃、盐雾等在高速气流作用下被吸入航空发动机。事实上，发动机一旦吸入沙尘，沙尘就会对压气机叶片产生冲蚀磨损，而盐雾等腐蚀性液体会加速沙尘冲蚀进程，同时沙尘冲蚀又会加速盐雾腐蚀进程，二者不断侵蚀压气机叶片，从结构及航空动力学上破坏发动机性能，严重时甚至导致发动机失效。
2、防护涂层是解决压气机叶片砂尘冲蚀和盐雾腐蚀问题的有效途径。研究初期，二元过渡族金属氮化物陶瓷涂层(tin、crn、zrn、hfn等)备受关注。然而，二元陶瓷涂层通常具有典型柱状晶结构，一方面，腐蚀性介质可通过柱状晶间隙渗入涂层内部，加速腐蚀速率，另一方面，砂粒高速冲击作用下，柱状晶易发生断裂。
3、为改善涂层性能，国内外学者通过合金元素掺杂，使涂层体系从二元涂层发展到多元复合涂层。其中，mealsin涂层具有纳米晶/非晶特殊显微结构，不但硬度可高达40gpa，而且其致密结构可有效阻挡腐蚀性介质向涂层内部渗透，因此，mealsin涂层在抗冲蚀防腐蚀领域具有广阔的应用前景。但是，致密的组织结构使mealsin涂层内应力较大，在冲击载荷作用下易萌生裂纹，而且过大的内应力还会降低膜基结合力，制约涂层的工程应用。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种多子层循环抗冲蚀防腐蚀涂层及其制备方法和应用，以解决现有技术的涂层内应力较大，
2、为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
3、本专利技术公开了一种多子层循环抗冲蚀防腐蚀涂层，为梯度粘结层和至少一组多子层结构目标层构成的复合涂层；
4、其中，所述梯度粘结层由内至外依次由meal合金相、亚饱和mealn(1-x)相和氮饱和mealn相构成，其中0＜x＜1，且梯度粘结层中n元素含量沿沉积厚度方向由0逐渐增加；
5、所述多子层结构目标层由内至外依次层叠有mealn过渡层、meal合金软层、mealn过渡层和mealsin高硬层；me选择ti、cr、zr、hf、nb、v、mo和ta中的任意一种金属元素。
6、优选地，该多子层循环高性能抗冲蚀防腐蚀涂层的总厚度为10μm～100.0μm，其中梯度粘结层的厚度为0.5μm～5.0μm。
7、优选地，所述多子层结构目标层中，mealn过渡层、meal合金软层和mealsin高硬层之间的层厚调制比为1：(0.2～2)：(1～10)，调制周期为0.2μm～10.0μm。
8、本专利技术还公开了上述的多子层循环抗冲蚀防腐蚀涂层的制备方法，包括以下步骤：
9、1)在基体表面进行氩离子刻蚀，在刻蚀后的基体表面沉积梯度粘结层；
10、2)在梯度粘结层表面沉积mealn过渡层，在mealn过渡层表面沉积meal合金软层，在meal合金软层表面沉积mealn过渡层，在mealn过渡层表面沉积mealsin高硬层；
11、3)重复步骤2)操作，直至满足多子层结构目标层组数设计要求，得到多子层循环高性能抗冲蚀防腐蚀涂层。
12、优选地，所述基体选择钛合金、铝合金、镍基合金或不锈钢基体；在进行氩离子刻蚀前基体先依次经过磨样、抛光、超声清洗及干燥处理。
13、优选地，步骤1)中，氩离子刻蚀具体工艺为：刻蚀前，镀膜腔内真空度小于5×10-3pa，样品台转速为5～10rpm，基体偏压为-500～-800v，刻蚀电流为0.6～1.4a，占空比为40％～60％，刻蚀时长为1200～1800s；
14、步骤1)中，采用磁过滤阴极真空弧镀膜系统在刻蚀后的基体表面沉积梯度粘结层，具体工艺参数为：样品台转速为5～10rpm，基体偏压为-50～-200v，meal阴极靶起弧电流为80～150a，通入真空镀膜腔中的氮气流量由0sccm线性增加至20～200sccm。
15、优选地，步骤2)中，在梯度粘结层表面沉积mealn过渡层，具体工艺参数为：样品台转速为5～10rpm，基体偏压为-50～-200v，meal阴极靶起弧电流为80～150a，通入真空镀膜腔中的氮气流量为20～200sccm；
16、在mealn过渡层表面沉积meal合金软层，具体工艺参数为：样品台转速为5～10rpm，基体偏压为-50～-200v，meal阴极靶起弧电流为80～150a，通入真空镀膜腔中的氮气流量0sccm；
17、在meal合金软层表面沉积mealn过渡层，具体工艺参数为：样品台转速为5～10rpm，基体偏压为-50～-200v，meal阴极靶起弧电流为80～150a，通入真空镀膜腔中的氮气流量为20～200sccm；
18、在mealn过渡层表面沉积mealsin高硬层，样品台转速为5～10rpm，基体偏压为-50～-200v，mealsi阴极靶起弧电流为80～150a，通入真空镀膜腔中的氮气流量20～200sccm。
19、优选地，meal阴极靶中me的原子百分含量为30％～60％，al的原子百分含量为40％～70％。
20、优选地，mealsi阴极靶中me的原子百分含量为25％～45％，al的原子百分含量为35％～65％，si的原子百分含量为10％～20％。
21、本专利技术还公开了上述的多子层循环抗冲蚀防腐蚀涂层在制备压气机叶片中的应用。
22、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
23、本专利技术公开的多子层循环抗冲蚀防腐蚀涂层，由内至外依次层叠有meal-mealn1-x-mealn梯度粘结层和至少一组由mealn过渡层、meal合金软层、mealn过渡层和mealsin高硬层构成的多子层结构目标层，其中me可取ti、cr、zr、hf、nb、v、mo、ta中的任意一种元素。所述梯度粘结层成分和物化特性呈梯度渐变，可更好连接基体与目标层，有助于提升涂层结合力；mealsin层兼具纳米晶/非晶致密组织结构和高硬度力学特性，可有效抵御腐蚀和沙粒低角度磨蚀；meal合金软层既可释放涂层内应力，改善涂层韧性，又可吸收沙粒高速冲击动能；mealn作为mealsin高硬层与meal合金软层之间的过渡层，可协调变形，降低层间应力集中，减少层间开裂；而且，多子层循环结构中大量层界面不仅能偏转裂纹，延缓裂纹沿深度方向的扩展速率，还能有效阻隔腐蚀性介质渗入，以进一步实现高性能抗冲蚀防腐蚀目的。
24、本专利技术的具体优势(也是本专利技术的专利技术点所在)体现在：
25、第一，mealsin层兼具纳米晶/非晶致密组织结构和高硬度力学特性，可有效抵御腐蚀和沙粒低角度磨蚀；meal金属层较软，可降低涂层内应力，并吸收沙粒冲击动能，提高涂层抵御沙粒高角度冲击的能力；然而，mealsin高硬层和meal软层物性差异过大，沙粒冲击作用本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多子层循环抗冲蚀防腐蚀涂层，其特征在于，为梯度粘结层和至少一组多子层结构目标层构成的复合涂层；
2.根据权利要求1所述的多子层循环抗冲蚀防腐蚀涂层，其特征在于，该多子层循环高性能抗冲蚀防腐蚀涂层的总厚度为10μm～100.0μm，其中梯度粘结层的厚度为0.5μm～5.0μm。
3.根据权利要求1所述的多子层循环抗冲蚀防腐蚀涂层，其特征在于，所述多子层结构目标层中，MeAlN过渡层、MeAl合金软层和MeAlSiN高硬层之间的层厚调制比为1：(0.2～2)：(1～10)，调制周期为0.2μm～10.0μm。
4.权利要求1～3中任意一项所述的多子层循环抗冲蚀防腐蚀涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的多子层循环抗冲蚀防腐蚀涂层的制备方法，其特征在于，所述基体选择钛合金、铝合金、镍基合金或不锈钢基体；在进行氩离子刻蚀前基体先依次经过磨样、抛光、超声清洗及干燥处理。
6.根据权利要求4所述的多子层循环抗冲蚀防腐蚀涂层的制备方法，其特征在于，步骤1)中，氩离子刻蚀具体工艺为：刻蚀前，镀膜腔内
7.根据权利要求4所述的多子层循环抗冲蚀防腐蚀涂层的制备方法，其特征在于，步骤1)中，采用磁过滤阴极真空弧镀膜系统在刻蚀后的基体表面沉积梯度粘结层，具体工艺参数为：样品台转速为5～10rpm，基体偏压为-50～-200V，MeAl阴极靶起弧电流为80～150A，通入真空镀膜腔中的氮气流量由0sccm线性增加至20～200sccm。
8.根据权利要求4所述的多子层循环抗冲蚀防腐蚀涂层的制备方法，其特征在于，步骤2)中，在梯度粘结层表面沉积MeAlN过渡层，具体工艺参数为：样品台转速为5～10rpm，基体偏压为-50～-200V，MeAl阴极靶起弧电流为80～150A，通入真空镀膜腔中的氮气流量为20～200sccm；
9.根据权利要求8所述的多子层循环抗冲蚀防腐蚀涂层的制备方法，其特征在于，MeAl阴极靶中Me的原子百分含量为30％～60％，Al的原子百分含量为40％～70％；MeAlSi阴极靶中Me的原子百分含量为25％～45％，Al的原子百分含量为35％～65％，Si的原子百分含量为10％～20％。
10.权利要求1～3中任意一项所述的多子层循环抗冲蚀防腐蚀涂层在制备压气机叶片中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种多子层循环抗冲蚀防腐蚀涂层，其特征在于，为梯度粘结层和至少一组多子层结构目标层构成的复合涂层；
2.根据权利要求1所述的多子层循环抗冲蚀防腐蚀涂层，其特征在于，该多子层循环高性能抗冲蚀防腐蚀涂层的总厚度为10μm～100.0μm，其中梯度粘结层的厚度为0.5μm～5.0μm。
3.根据权利要求1所述的多子层循环抗冲蚀防腐蚀涂层，其特征在于，所述多子层结构目标层中，mealn过渡层、meal合金软层和mealsin高硬层之间的层厚调制比为1：(0.2～2)：(1～10)，调制周期为0.2μm～10.0μm。
4.权利要求1～3中任意一项所述的多子层循环抗冲蚀防腐蚀涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的多子层循环抗冲蚀防腐蚀涂层的制备方法，其特征在于，所述基体选择钛合金、铝合金、镍基合金或不锈钢基体；在进行氩离子刻蚀前基体先依次经过磨样、抛光、超声清洗及干燥处理。
6.根据权利要求4所述的多子层循环抗冲蚀防腐蚀涂层的制备方法，其特征在于，步骤1)中，氩离子刻蚀具体工艺为：刻蚀前，镀膜腔内真空度小于5×10-3pa，样品台转速为5～10rpm，基体偏压为-500～-800v，刻蚀电流为0.6～1.4a，...
【专利技术属性】
技术研发人员：张虹虹，何卫锋，李泽清，崔路卿，汪世广，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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