[发明专利]钛合金表面磁控溅射制备钛铝金属间化合物涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料表面改性领域，具体是一种钛合金表面磁控溅射制备钛铝金属间化合物涂层的方法。

背景技术

钛合金具有高比强度、比模量、优异的耐蚀性能，在航空航天领域得到广泛的应用。作为零部件材料，钛合金的耐磨性差，而作为航天器蒙皮材料，钛合金自身发热率低，不能有效散热，严重限制了钛合金的使用范围，因此需要对钛合金进行表面处理，提高钛合金的耐磨性，增加钛合金的表面的导热性，降低表面温度，为航天器的正常工作提供保障。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何解决解决钛合金耐磨性差，散热性差的缺点。

    本发明所采用的技术方案是：钛合金表面磁控溅射制备钛铝金属间化合物涂层的方法，按照如下步骤进行：

步骤一，取经过探伤和缺陷处理的钛铝金属间化合物作为靶材，对靶材表面进行打磨，除去表面氧化膜，采用包套锻造对其进行变形锻造；步骤二，用丙酮刷洗钛合金试样表面，清除表面油污及其他污染物，再用超声波清洗5 min -7min，然后用无水乙醇清洗后烘干；

步骤三，把经过步骤二处理的钛合金试样放置于(JGP –650型双室超高真空多功能磁控溅射机)磁控溅射设备的真空室样品台上，把经过步骤一处理的靶材安装在磁控溅射靶上，关闭真空室，对试样进行辉光清洗，清洗完成后在100℃-200℃、0.2KV-0.5KV电压、0.1A-0.5A电流下进行磁控溅射，溅射时间为40 min -90min。

   本发明的有益效果是：由于钛铝金属间化合物中Ti元素含量高，因此涂层材料与钛合金基体结合能力强，所形成的钛铝金属间化合物涂层在750℃左右具有良好的抗氧化能力，并且极大的提高了钛合金表面的硬度和散热性能。本发明直接采用钛铝合金靶材，采用单靶溅射的方法在钛合金表面制备钛铝金属间化合物涂层，保证了制备的钛铝金属间化合物涂层元素分布的均匀性，减少了对溅射设备的要求。

步骤一中，无缺陷的钛铝金属间化合物和经过包套锻造后的钛铝金属间化合物组织致密，元素分布均匀，溅射过程中容易形成元素分布均匀的钛铝金属间化合物涂层。另外采用钛铝金属间化合物靶材，可以采用单靶的方式一次性溅射Ti和Al两种元素，避免了双靶溅射带来的繁琐的工艺。

步骤二中，丙酮对油污和其他污染物的溶解效果较好，超声波可以进一步清楚附着紧密的污染物，采用无水乙醇清洗是为了防止引入其他的污染物。

步骤三中，预热到100℃-200℃可以提高附着力，有利用形成结合紧密的涂层。磁控溅射过程中，运动电子在磁场中收到洛伦兹力作用，从而磁控溅射速率得到很大的提高，因此磁控溅射电压可以不用太高，防止产生额外的污染。40 min -90min，可以形成稳定致密的钛铝金属间化合物涂层，时间的越长，涂层越厚。

具体实施方式

实施例1

一、钛铝金属间化合物靶材的制备：钛铝金属间化合物熔炼，探伤后切去表面及其它缺陷，采用包套锻造对其进行变形，制备出钛铝金属间化合物靶材。二、试样的清洗准备：用砂纸对钛合金表面进行打磨，除去表面氧化膜；用丙酮刷洗钛合金表面，清除钛合金表面油污及其他污染物，后用超声波清洗5-7min，然后用无水乙醇清洗后烘干。三、磁控溅射：清洗及烘干后的钛合金样品放置于磁控溅射设备的真空室样品台上；钛铝金属间化合物靶材安装在磁控溅射靶上(直流阴极)，关闭真空室，抽真空至2×10^-3Pa，通入氩气，使气压达到1Pa范围内，打开负偏压电源并调至900V范围，对试样进行辉光清洗，同时对试样进行加热；清洗完成后在150℃，0.2KV电压、0.2A电流下进行磁控溅射，溅射时间为60min。磁控溅射完成即可在钛合金表面形成致密的钛铝金属间化合物涂层。

实施例2

本实施方式与实施例1不同的是：步骤一种钛铝金属间化合物靶材直接为铸造钛铝金属间化合物切除缺陷和表面之后，采用电火花线切割的方式制备出钛铝金属间化合物靶材。在使用之前采取与实施例1中步骤二相同的方式进行清洗。其他步骤和参数与实施例1相同。

实施例3

本实施方式与实施例1不同的是：步骤三磁控溅射：清洗及烘干后的钛合金样品放置于磁控溅射设备的真空室样品台上；包套锻造制备的钛铝金属间化合物靶材安装在磁控溅射靶上(直流阴极)，关闭真空室，抽真空至1×10^-3Pa，通入氩气，使气压达到1Pa范围内，打开负偏压电源并调至800V范围，对试样进行辉光清洗，同时对试样进行加热；清洗完成后在100℃，0.2KV电压、0.1A电流下进行磁控溅射，溅射时间为90min。