[发明专利]一种Ni-CrSiN耐磨耐蚀涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Ni‑CrSiN耐磨耐蚀涂层及其制备方法，该涂层包括CrSiN涂层，以及掺杂于该CrSiN涂层中的金属Ni，所述金属Ni以自由态形式存在。制备方法为：对基材进行预处理；在基材上依次制备金属Cr过渡层、CrN过渡层、CrSiN过渡层，最终形成由Cr/CrN/CrSiN三层组成的梯度过渡层；在Cr/CrN/CrSiN梯度过渡层上制备Ni‑CrSiN耐磨耐蚀涂层。本发明将具有良好延展性、耐腐蚀性的元素Ni引入CrSiN涂层，在保证CrSiN涂层硬度的同时，既提高CrSiN涂层的韧性，又提高CrSiN涂层的耐腐蚀性，形成Ni‑CrSiN耐磨耐蚀涂层。

技术领域

本发明涉及表面工程领域，具体来说是一种舰载直升机传动部件适用的Ni-CrSiN耐磨耐蚀涂层及其制备方法。

背景技术

氮化铬(CrN)作为第一代表面防护涂层，因其良好的机械性能和化学惰性，无论在表面耐磨或防腐应用中均占有一席之地。然而随着未知领域的不断开发和探索，高精密装备对表面材料的硬度提出了更高的要求(20GPa)，这就使CrN涂层不再能胜任(硬度10～15GPa)。为了提高CrN涂层的硬度，国内外学者开始进行纳米复合结构的构筑，其中通过Si元素掺杂制备的CrSiN涂层具有nc-CrN/a-SiN_x的纳米复合结构，大大提高了CrN涂层的硬度。然而，硬度提高所换来的是CrSiN涂层的脆性；同时，CrSiN涂层的耐腐蚀性较弱，在海洋环境中使用时会导致严重磨损。

发明内容

本发明的目的是提供一种Ni-CrSiN耐磨耐蚀涂层及其制备方法，将具有良好延展性、耐腐蚀性的元素Ni引入CrSiN涂层，在保证CrSiN涂层硬度的同时，既提高CrSiN涂层的韧性，又提高CrSiN涂层的耐腐蚀性，形成Ni-CrSiN耐磨耐蚀涂层，从而提高舰载直升机传动零部件表面的服役强度，最终提高舰载直升机整体的服役寿命。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种Ni-CrSiN耐磨耐蚀涂层，包括CrSiN涂层，以及掺杂于该CrSiN涂层中的金属Ni，所述金属Ni以自由态形式存在。

一种Ni-CrSiN耐磨耐蚀涂层的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，对基材进行预处理；

步骤2，梯度过渡层制备：在基材上依次制备金属Cr过渡层、CrN过渡层、CrSiN过渡层，最终形成由Cr/CrN/CrSiN三层组成的梯度过渡层；

步骤3，Ni-CrSiN耐磨耐蚀涂层制备：在步骤2制备的Cr/CrN/CrSiN梯度过渡层上制备Ni-CrSiN耐磨耐蚀涂层。

所述步骤1中，基材为精抛钛合金基材，预处理的具体步骤为：依次用丙酮、酒精和去离子水对精抛钛合金基材进行超声清洗，随后将钛合金基材装夹在非平衡磁控溅射腔体内的圆环式载物台上；当非平衡磁控溅射腔体达到高真空后通入高纯Ar气，利用离子束枪离化Ar气，在偏压下对钛合金基材进行加速轰击，去除基材表面残留物并活化基材沉积表面。

所述步骤1中，偏压为-450V。

所述步骤2的具体步骤为：

步骤21，首先，通入高纯Ar气，在偏压下，通过直流阴极溅射金属Cr靶，在经步骤1预处理的基材上沉积一层金属Cr过渡层；

步骤22，其次，额外通入N₂气，在偏压下，通过直流阴极溅射金属Cr靶，在步骤21制备的金属Cr过渡层上再制备一层CrN过渡层；

步骤23，最后，保持通入高纯Ar和N₂气，通过直流阴极溅射金属Cr靶，直流脉冲阴极溅射非金属Si靶，在步骤22制备的CrN过渡层上再制备一层CrSiN过渡层，形成由Cr/CrN/CrSiN三层组成的梯度过渡层。