[发明专利]一种纤维增强金属基复合材料Y2O3涂层的物理气相沉积方法

说明书

本发明涉及一种纤维增强金属基复合材料Y₂O₃涂层的物理气相沉积方法，本发明的步骤如下：将带C涂层的连续SiC纤维缠绕到样品架上，放入到磁控溅射设备的样品室；抽真空使背底真空优于8×10^‑4Pa，通入Ar气，对样品架施加‑500～‑2000V高偏压，对纤维表面进行离子清洗；再通入反应气体氧气，结合闸板阀控制工作压强；启动溅射电源，在溅射过程中交替控制氧气流量或溅射偏压获得不同Y₂O₃相(单斜/立方)，实现相结构交替涂层；关闭溅射，在Ar气保护环境下，冷却至50℃以下。本发明中单斜/立方相交替形成的层界面有效降低了应力和改善附着力，制备出界面完好的SiC纤维增强镍基复合材料，有助于实现高性能纤维增强镍基复合材料的制备。

技术领域

本发明涉及连续SiC纤维增强镍合金复合材料扩散障碍涂层的制备技术，具体为一种低应力、高附着力的Y₂O₃相结构交替(单斜/立方)叠加的复合涂层制备技术。

背景技术

SiC连续纤维增强金属复合材料由于具有高比强度、高比刚度、优良的耐高温及抗蠕变和抗疲劳性能，被认为是理想的轻质耐高温结构材料，在提高强度和刚度的同时，实现了大幅减重。目前，SiC纤维增强钛基复合材料研究较为成熟，已用于发动机压气机叶环、涡轮轴等的制备。将SiC纤维用于增强高温镍合金进而取代传统的涡轮盘，将更大幅度的实现减重，成为各国发动机设计者眼中的理想选择材料。然而与增强钛合金相比，SiC纤维增强体与镍合金基体间在高温下存在剧烈的界面反应，成为了该材料应用的最大瓶颈。

SiC纤维表面通常涂覆有碳涂层，用于平滑纤维表面，减小应力集中和阻碍与钛合金基体的界面反应，但对镍失去了阻碍作用。需要在其表面涂覆扩散障碍涂层，该涂层需要拥有优良的惰性和介于纤维与镍合金之间的热膨胀系数，能够对镍合金和SiC起到好的阻碍。 Y₂O₃由于优良的化学惰性，目前被人们认为是镍合金与SiC之间理想的扩散障碍涂层，研究证实未脱落的Y2O3确实能很好的阻碍镍合金与SiC之间的界面反应。但由于目前报道的都是集中在均一的Y2O3涂层，当涂覆到连续SiC纤维上时，往往会由于大的应力引起的应力集中而发生部分的脱落，使部分区域局部失去保护涂层而发生界面反应。需要获得有效降低 Y₂O₃涂层中的应力和改善附着力的制备方法。

多层结构设计引入的界面能有效释放生长应力，靠界面进行裂纹偏转进而改善涂层的韧性，可以防止涂层的脱落。采用pvd方法，仅仅通过控制沉积工艺来获得不同相结构的Y₂O₃交替涂层，能引入相界面降低应力和改善附着力，同时也避免引入不稳定的新材料。

发明内容

本发明的目的是：本发明针对上述现有技术状况而设计提供了一种用于纤维增强镍基复合材料界面相交替障碍涂层的制备方法，其目的是SiC纤维表面制备单斜/立方Y₂O₃相结构交替涂层。该涂层可以有效降低应力和改善附着力，解决均一Y₂O₃涂层在缠绕或成型过程中易于脱落的技术问题，制备出界面完好的SiC纤维增强镍基复合材料。

本发明的技术方案是：一种纤维增强金属基复合材料Y₂O₃涂层的物理气相沉积方法，所述沉积方法为直流磁控溅射式沉积方法，所述沉积方法中使用SiC纤维基体和纯钇靶材；包括如下步骤：

步骤1、物理气相沉积方法中的工作气体为氩气，反应气体为氧气，氧气和氩气的流量比为2％～60％，工作压强为0.4～2Pa，沉积温度为500℃～600℃；将氧气和氩气的流量比分为两个比例区间，第一区间氧气和氩气的流量比为2％～m％，第二区间氧气和氩气的流量比为m％～60％，2<m<15；