[发明专利]抗微动磨损与耐腐蚀一体化TiAlN/CuNiIn/Cr多层复合薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种抗微动磨损与耐腐蚀一体化TiAlN/CuNiIn/Cr多层复合薄膜及其制备方法，多层复合薄膜包括基片，基片上设有多层调制单元层，多层调制单元层经过交替循环沉积形成周期排列，每层调制单元层包括自下而上由Cr层、CuNiIn层与TiAlN层。制备方法包括预处理、溅射清洗、金属Cr层制备、CuNiIn层制备等步骤，经过多次周期性循环交替沉积后，膜层总厚度为1～45μm。具有优良的抗高温氧化、抗高温微动损伤、优异的耐腐蚀与强韧一体化功能特性，可用于航空发动机传动轴花键表面抗微动磨损与耐腐蚀防护，还可作为轴承、齿轮、刀具等部件表面的抗微动磨损与耐腐蚀防护涂层。

技术领域

本发明涉及一种表面工程技术，尤其涉及一种抗微动磨损与耐腐蚀一体化TiAlN/CuNiIn/Cr多层复合薄膜及其制备方法。

背景技术

航空发动机钢结构花键部件是某传动系统的重要部件之一。使用过程中，由于该部件受冲击、磨损、腐蚀及应力等多因素耦合作用，使得花键齿面的微动腐蚀损伤十分严重，大幅度降低了航空发动机的使用寿命，因此通过有效手段改善花键齿面抗微动损伤和腐蚀问题已成为亟需解决的重要问题。

TiAlN薄膜因具有高硬度、高耐磨性、良好的抗氧化性能等优异的综合性能，可极大地提高机械零部件的使用寿命，因此，在材料表面改性领域得到了广泛的应用。然而，作为陶瓷材料的TiAlN由于其韧性低，在应用过程中容易造成TiAlN涂层的剥落失效，另外，TiAlN薄膜由于针孔、空洞等缺陷的存在，使其耐腐蚀性能降低，限制了其应用。

CuNiIn涂层因优异的抗微动磨损性能以及良好的抗高温氧化和耐腐蚀性能，适合用于零部件表面抗微动损伤防护，例如GE，Rolls-Royce，SNECMA等公司已在航空发动机压气机叶片之间以及叶片和轮盘榫槽之间使用CuNiIn抗微动磨损涂层。但由于其硬度低，导致在使用过程中容易发生脱落而防护效果大大降低。

目前航空发动机传动轴花键表面涂层技术多采用单层结构膜层进行防护，由于单层薄膜厚度薄、承载能力较差，难以满足大载荷、交变应力、高速冲击及耐腐蚀需求。因此开发具有抗高温微动与耐腐蚀强韧一体新型超厚复合涂层已成为推动航空发动机防护技术发展的关键技术之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种抗微动磨损与耐腐蚀一体化TiAlN/CuNiIn/Cr多层复合薄膜及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的抗微动磨损与耐腐蚀一体化TiAlN/CuNiIn/Cr多层复合薄膜，包括基片，所述基片上设有一层或多层调制单元层，多层调制单元层经过交替循环沉积形成周期排列，每层调制单元层包括自下而上由Cr层、CuNiIn层与TiAlN层。

本发明的上述的抗微动磨损与耐腐蚀一体化TiAlN/CuNiIn/Cr多层复合薄膜的制备方法，包括如下步骤：

A、预处理：将基体表面采用砂纸打磨、抛光后，对基体用丙酮溶液进行超声清洗，去除表面油污，然后用无水酒精清洗、吹干后放入镀膜机腔室中；

B、溅射清洗：将溅射室抽真空至3.0×10^-3Pa以下，然后腔体通入氩气，并保持气压为0.5～3Pa，基体上施加的脉冲偏压为-50～-800V，对基体表面进行溅射清洗，阳极层离子源功率为0.1～1kw，溅射清洗时间为5～20min；

C、金属Cr层制备：通入氩气气压调至为0.3～1.5Pa，脉冲偏压调至为-50～-300V，进行金属Cr层沉积，溅射功率为30～120W，沉积时间为10～40min，沉积温度为200～400℃，Cr层厚度为0.1～0.3μm；

D、CuNiIn层制备：开启CuNiIn靶进行CuNiIn层沉积，氩气气压为0.3～1.5Pa，溅射功率为20～300W，沉积时间为10～50min，沉积温度为200～400℃，CuNiIn层厚为0.1～0.6μm；