【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种复合涂层，该复合涂层应用于热防护材料上，本专利技术还涉及该复合涂层的制备方法。
技术介绍
1、火炮在发射过程中，身管内膛处于高温、高压且伴随瞬态的高速冲击、磨损的复杂状态，抗烧蚀性能的提升已经成为制约身管寿命提升关键难题。现役电镀cr主要存在易剥落和裂纹问题。针对这一难题，国内主要开展了电镀cr和磁控溅射ta工艺的研究，但是，受制于以金属元素为主要成分和单一的涂层结构，金属类涂层在服役性能和寿命上存在着理论极限，提升潜力有限。
2、高性能航空发动机的热端部件需满足长寿命、宽温域抗氧化、抗冲刷和抗疲劳振动等性能要求；而高超声速航天飞行器的热防护系统在服役过程中则需要承受严重的烧蚀、高速气流强冲刷和大梯度热冲击等。以石墨、碳/碳(c/c)复合材料为代表的碳基复合材料高温氧化敏感性高、抗烧蚀能力不足，严重制约其作为热结构材料的应用。涂层技术是提高c/c复合材料抗氧化/烧蚀性能的有效手段。
3、为应对以上极端环境，亟需开发具有高性能的热防护材料，即在高达1200～2500k以上大气工况下长时间服役的耐氧化、耐烧蚀和优良抗热震作用的宽温域高温防护材料。高熵陶瓷(high entropy ceramics，hecs)，又称多主元、等原子比或近等原子比多组元陶瓷，是最近发展起来的一类新型陶瓷材料。与传统陶瓷相比，高熵陶瓷具有以下四个特征：(1)成分多主元。包含多个主要组成元素、各主元以等原子比或近等原子比混合、且每个主元的原子百分比含量在5-35％之间。(2)高熵效应。高熵陶瓷具有比传统陶瓷高得多的构
4、到目前为止，在抗烧蚀陶瓷涂层领域，高熵陶瓷并无明确定义且研究较少。美国杜克大学rost等人首次将这种高熵合金思想用于合成高熵氧化合物陶瓷(entropy-stabilized oxides[j].nature communications.2015,6:8485)，但仅仅是研究熵在形成单相的作用，并没有涉及高熵所带来的四大效应引起的性能提升；后续，美国加州大学gild等人将这种高熵合金思想用于合成高熵超高温陶瓷(high-entropy metal diborides:anew class of high-entropy materials and a new type of ultrahigh temperatureceramics[j].scientific reports.2016,6:37946)，即在原有二元系超高温陶瓷基体中，添加与基体元素相似的多种其他元素，具有相对高的热力学混合熵，形成单一固溶体结构的化合物，可称之为高熵超高温陶瓷。
5、美国peng z采用sps制备了超高温(ta0.2hf0.2zr0.2ti0.2nb0.2)c0.8n0.2，并以过渡金属碳化物为原料，采用同样的方法制备了(ta0.2hf0.2zr0.2ti0.2nb0.2)c高熵碳化物陶瓷，研究了其在2500k下的烧蚀行为。研究发现高熵碳氮化物陶瓷较高熵碳化物陶瓷的质量烧蚀率和线烧蚀率分别降低了57％和72％，可见n元素的加入对高熵陶瓷的烧蚀性能有显著改善，高熵碳氮化物陶瓷致密的多元氧化膜能够有效阻止o元素向内渗透，从而显著提高其耐烧蚀性能，但是在高熵碳氮化物陶瓷样品表面仍能观察到烧蚀气孔和微裂纹(peng z,sun w,xiong x,et al.novel refractory high entropy ceramics:transition metalcarbonitrides with superior ablation resistance[j].corrosion science,2021,184:109359)。
6、西北工业大学的pi等人将sic、mosi2或zrsi2加入到陶瓷后，陶瓷具有一定的愈合能力。这是由于含si相的加入，其在1500℃以下温度氧化可形成sio2，sio2在高温下，由于具有合适的黏度，可以自愈合陶瓷相的烧蚀孔洞以及微裂纹，从而提高基体的抗氧化和抗热震能力(c/sic-zrb2-zrc composites fabricated by reactive melt infiltrationwith zrsi2 alloy[j].ceramics international.2012,38(8):6541-6548.)。但是，sio2的自愈合能力只能应用于1600℃及以下，难以应用于超高温环境。cheng和xie等研究了九种过渡金属的超高温陶瓷氧化物(tmxoy，tm＝ti、cr、mo、zr、nb、hf、w、v、ta)对sio2玻璃在1973k下稳定性的影响。结果发现，v2o5、moo3、wo3、nb2o5和ta2o5对sio2的挥发影响较小；cr2o3可促进sio2结晶，进而抑制sio2挥发；zro2、tio2和hfo2有利于缓解sio2玻璃的挥发，因为ti、zr和hf在高温条件中会扩散进入sio2晶格中，提高si-o键强度，进而降低sio2的挥发量。
7、北京科技大学刘雄军专利技术了一种有自愈合能力的超高温高熵碳氮化合物陶瓷材料，该材料在超高温环境(≥2500k)服役时，由于剧烈的氧化所自发形成的中熵氧化物(tiavbcrc)o2，具有致密球形结构且流动性好，可愈合烧蚀所造成的热震微裂纹及孔洞(cn202210590884.5)。另外，景德镇陶瓷大学赵方楠研究发现，vc、sic和wc均有利于(tihfvnbta)c陶瓷综合力学性能的提升，sic晶须对裂纹的扩展起到了阻碍作用。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的第一个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种提高金属材料和碳/碳(c/c)复合材料表面耐烧蚀性能的具有宽温域自愈合特性的高熵碳氮化合物陶瓷复合涂层。
2、本专利技术所要解决的第二个技术问题是提供一种具有宽温域自愈合特性的高熵碳氮化合物陶瓷复合涂层的制备方法。
3、本专利技术解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种高熵碳氮化合物陶瓷复合涂层，其特征在于所述复合涂层自外向内依次由高熵合金碳氮化物反应沉积层、碳氮扩散层、高熵合金层及合金扩散层组成，
4、前述的高熵合金碳氮化物反应沉积层的分子式为：(tia vbcrcsidxeyf)(cgnh)，前述高熵合金层的分子式为：tia vbcrcsidxeyf，
5、其中，0.1≤a≤0.25at.％、0.01≤b≤0.25at.％、0.01≤c≤0.25at.％、0.01≤d≤本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高熵碳氮化合物陶瓷复合涂层，其特征在于所述复合涂层自外向内依次由高熵合金碳氮化物反应沉积层、碳氮扩散层、高熵合金层及合金扩散层组成，
2.根据权利要求1所述的高熵碳氮化合物陶瓷复合涂层，其特征在于所述高熵合金碳氮化物反应沉积层涉及的高熵合金碳氮化物反应沉积层为单一面心立方相结构。
3.根据权利要求1所述的高熵碳氮化合物陶瓷复合涂层，其特征在于所述高熵合金碳氮化物反应沉积层厚度为10～40μm，所述碳氮扩散层厚度为2～5μm，所述高熵合金层为5～20μm，所述合金扩散层厚度为2～5μm。
4.根据权利要求1所述的高熵碳氮化合物陶瓷复合涂层，其特征在于所述高熵合金碳氮化物反应沉积层中碳氮的含量呈梯度分布，且自外而内逐渐递减。
5.一种权利要求1～4中任一权利要求所述的高熵碳氮化合物陶瓷复合涂层的制备方法，其特征在于依次包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于在步骤(1)中，溅射预处理时，将基体材料作为工件极，源极电压和电流设置为零，工件电压设置为500～700V，工件电流设置为0.1A～0.3A；
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述T高熵合金靶材靶材中加入了0.01％～0.02at.％的稀土元素铱。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于在步骤(3)中高熵合金靶材电压：700～950V，工件电压：400～650V，氩气气压：25～45Pa，靶材与工件极间距：10～25mm，保温时间：4～8h，处理温度：600℃～1100℃。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于在步骤(4)中，通入氨气和氩气使其流量比为4:1，稳定气压在40～50Pa，调试工艺参数为：石墨靶材电压：700～950V，工件电压：400～650V，靶材与工件极间距：15～20mm，保温时间：4～5h，处理温度：800℃～1000℃。
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：在步骤(5)中，通入氨气和氩气使其流量比为2:1，稳定气压在30～45Pa。调试工艺参数为：石墨靶材电压：700～950V，高熵合金靶材电压：700～1000V，工件电压：400～650V，靶材与工件极间距：15～20mm，保温时间：5～8h，处理温度：700℃～1000℃。
...【技术特征摘要】
1.一种高熵碳氮化合物陶瓷复合涂层，其特征在于所述复合涂层自外向内依次由高熵合金碳氮化物反应沉积层、碳氮扩散层、高熵合金层及合金扩散层组成，
2.根据权利要求1所述的高熵碳氮化合物陶瓷复合涂层，其特征在于所述高熵合金碳氮化物反应沉积层涉及的高熵合金碳氮化物反应沉积层为单一面心立方相结构。
3.根据权利要求1所述的高熵碳氮化合物陶瓷复合涂层，其特征在于所述高熵合金碳氮化物反应沉积层厚度为10～40μm，所述碳氮扩散层厚度为2～5μm，所述高熵合金层为5～20μm，所述合金扩散层厚度为2～5μm。
4.根据权利要求1所述的高熵碳氮化合物陶瓷复合涂层，其特征在于所述高熵合金碳氮化物反应沉积层中碳氮的含量呈梯度分布，且自外而内逐渐递减。
5.一种权利要求1～4中任一权利要求所述的高熵碳氮化合物陶瓷复合涂层的制备方法，其特征在于依次包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于在步骤(1)中，溅射预处理时，将基体材料作为工件极，源极电压和电流设置为零，工件电压设置为500～700v，工件电流设置为0.1a～0.3a；同时通入高纯氩气，氩气气压：20～60pa，预溅射时...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈小虎，韩俊刚，蒋柯明，尹飞，徐永东，任政，
申请(专利权)人：中国兵器科学研究院宁波分院，
类型：发明
国别省市：
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