【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及真空低温pvd镀膜，尤其涉及一种用于铝合金表面的抗冲蚀涂层及其制备方法。
技术介绍
1、铝合金具有易加工、比强度高、成本低廉等优点，是工业中应用最广泛的有色金属材料之一。为满足材料的轻量化要求，铝合金材料在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中开始大量应用。目前铝合金已经成功应用到了各类发动机的零部件中。但是铝合金本身硬度较低，耐冲蚀性能差。在泥沙等恶劣环境下，涡轮增压器工作时会大量吸入空气中的沙尘颗粒进入发动机内部，对铝合金发动机尤其是涡轮增压器整体叶盘造成严重冲蚀，从而导致性能衰减，甚至引发严重事故。涂覆硬质涂层可以大幅提高铝合金的抗冲蚀性能，延长发动机涡轮使用寿命，提高其工作可靠性。磁过滤阴极真空弧沉积技术具有沉积速率高、膜基结合强度高、可以对复杂形状工件进行镀膜等突出优势，是物理气相沉积硬质陶瓷涂层的主要方法。
2、在铝合金增压器整体叶盘上通过磁过滤阴极真空弧沉积技术制备出抗冲蚀涂层需要满足两个条件：一是抗冲蚀的氮化物涂层厚度需要在15μm以上，同时保证涂层的硬度与结合力；二是解决磁过滤阴极真空弧沉积过程中铝合金基体的软化变形问题。增压器整体叶盘与压缩机单轮整体叶盘结构相似，但是增压器整体叶盘采用铝合金，其软化温度远远低于钛合金，因此该工艺并不适用于铝合金材料。铝合金在高温下长时间保温会因过时效析出相粗化而软化，其中铝合金在200℃保温下的过时效时间为6h。继续升温，时效时间缩短，并且基体会发生回复再结晶、晶粒长大等现象而进一步软化。温度不均、涂层与基体热膨胀系数差等因素产生的应力会导致软
3、因此，研究开发适用于铝合金涡轮增压器整体叶盘的抗冲蚀涂层的制备工艺是涂层研究重点之一。
技术实现思路
1、针对上述存在的问题，本专利技术提供了一种用于铝合金增压器整体叶盘的离子注入与磁过滤阴极真空弧沉积复合的镀膜工艺，在整体叶盘上制备一定硬度、结合力及厚度的ti/tin复合抗冲蚀涂层，以解决铝合金增压器整体叶盘在砂尘环境中的冲蚀磨损问题；涂层是由离子注入ti形成的tial过渡层、磁过滤阴极真空弧沉积制备的ti结合层和多层ti/tin面层复合组成。通过调整工艺参数控制镀膜过程中铝合金基体温度恒低于180℃，然后制备ti/tin复合结构涂层以减少基体与涂层之间因热膨胀系数差而引起的应力突变，从而解决离子镀过程中铝合金的软化、变形问题。本专利技术的目的主要是通过下述方案得以实现的：
2、一种用于铝合金表面的抗冲蚀涂层，所述抗冲蚀涂层由内而外依次包括tial过渡层、ti结合层和多层ti/tin面层；所述多层ti/tin面层由ti溅射层和tin层交替重复设置；
3、所述抗冲蚀涂层的总厚度为15～25μm，其中，tial过渡层为1.5～2μm，ti结合层为1～3μm，多层ti/tin面层约为12.5～20μm。
4、进一步的，本专利技术还包括如前所述的用于铝合金表面的抗冲蚀涂层的制备方法，包括以下步骤：
5、s1：对基体表面进行除油、清洗、烘干备用；
6、s2：将烘干后的基体装炉，并抽真空；
7、s3：在铝合金基体表面离子注入ti，形成tial过渡层；
8、s4：利用磁过滤阴极真空弧在tial过渡层表面沉积ti结合层：
9、s5：利用磁过滤阴极真空弧在ti结合层表面沉积ti/tin面层：
10、s6：重复步骤s510～30次，直到涂层厚度达到15～25μm。
11、进一步的，步骤s1的具体操作为：
12、将铝合金基体喷砂后用丙酮超声清洗5～10min，再用去离子水超声清洗5～10min，最后用无水乙醇清洗烘干。
13、进一步的，步骤s3的具体操作为：
14、开启离子注入靶，注入的靶材为纯ti靶材，纯度为99.99wt.％；一号弧源电压为90v，高压为8v，频率为8hz，束流强度为4～8ma，离子注入时间为20～40min，在铝合金基体表面形成tial过渡层。
15、进一步的，步骤s4的具体操作为：
16、起弧电流为90a，磁过滤电流为2.0a，电压为24.2v，占空比为40％，基体偏压为200v，n2流量为0sccm，沉积20～40min，在tial过渡层表面形成ti结合层。
17、进一步的，步骤s5的具体操作为：
18、起弧电流为90a，磁过滤电流为2.0a，电压为24.2v，占空比为40％，基体偏压为600v，n2流量为0sccm，溅射2～3min；基体偏压降至400v，溅射1～2min；基体偏压降至200v，n2流量为25～28sccm，沉积20～40min，在ti结合层表面形成ti/tin面层。
19、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
20、1.本专利技术技术工艺控制磁过滤阴极真空弧沉积过程中铝合金基体的温度在180℃以下，基体硬度下降10％以内；并且ti/tin复合结构涂层减少了涂层与基体间因热膨胀系数差异引起的应力突变，有效解决了铝合金基体软化、变形的问题；
21、2.具有多层ti/tin抗冲蚀涂层的铝合金增压器整体叶盘的表面硬度达到1546.3hv，是铝合金增压器整体叶盘原件的11.42倍；冲蚀质量损失率降低了86％；
22、3.采用离子注入与磁过滤阴极真空弧沉积两项技术复合制备的抗冲蚀涂层由离子注入ti形成的tial过渡层、磁过滤阴极真空弧沉积ti结合层和磁过滤阴极真空弧沉积多层ti/tin面层复合组成，涂层与基体结合强度较高，膜基结合力可达38.15n；
23、4.通过调整夹持角度，涂层厚度与性能更为均匀，带有抗冲蚀涂层的铝合金增压器整体叶盘叶片边缘与中心位置的涂层厚度差在30％以内。
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1.一种用于铝合金表面的抗冲蚀涂层，其特征在于，所述抗冲蚀涂层由内而外依次包括TiAl过渡层、Ti结合层和多层Ti/TiN面层；所述多层Ti/TiN面层由Ti溅射层和TiN层交替重复设置；
2.如权利要求1所述的一种用于铝合金表面的抗冲蚀涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种用于铝合金表面的抗冲蚀涂层的制备方法，其特征在于，步骤S1的具体操作为：
4.根据权利要求3所述的一种用于铝合金表面的抗冲蚀涂层的制备方法，其特征在于，步骤S3的具体操作为：
5.根据权利要求4所述的一种用于铝合金表面的抗冲蚀涂层的制备方法，其特征在于，步骤S4的具体操作为：
6.根据权利要求5所述的用于铝合金表面的抗冲蚀涂层的制备方法，其特征在于，步骤S5的具体操作为：
【技术特征摘要】
1.一种用于铝合金表面的抗冲蚀涂层，其特征在于，所述抗冲蚀涂层由内而外依次包括tial过渡层、ti结合层和多层ti/tin面层；所述多层ti/tin面层由ti溅射层和tin层交替重复设置；
2.如权利要求1所述的一种用于铝合金表面的抗冲蚀涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种用于铝合金表面的抗冲蚀涂层的制备方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：何光宇，曹正，柴艳，张兆路，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：
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