[发明专利]一种钛合金表面的TiAlN复合涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钛合金表面的TiAlN复合涂层及其制备方法，将钛合金基体进行预处理，再置于包埋渗剂中进行包埋，渗铝处理，得渗铝层；将渗铝层置于双辉离子渗氮炉内，进行离子轰击清洗，渗氮处理，得到钛合金表面的TiAlN复合涂层。本发明包埋渗铝层进行离子轰击清洗和离子渗氮处理，原位生成TiAlN复合涂层，使渗层与钛合金基体冶金结合，大大提高了钛合金基体与表面改性涂层的结合力；同时，能够有效缓解高硬度、高刚度的TiAlN涂层与钛合金基体之间的热膨胀系数、硬度以及弹性模量的差异而产生的高应力接触状态，延长涂层使用寿命。

技术领域

本发明涉及表面涂层技术领域，尤其涉及一种钛合金表面的TiAlN复合涂层及其制备方法。

背景技术

氮化物涂层具有优异的耐磨性能、抗冲蚀性能，在航空领域和机械加工领域被广泛应用于合金的表面改性。TiAlN是一种优异的硬质膜，具有良好的耐磨性和抗冲蚀性，在航空和机械加工领域均具有广泛的应用前景。

目前，多数的TiAlN涂层多采用热喷涂、磁控溅射或多弧离子镀技术制备，而热喷涂制备的涂层与基体的结合强度较低；磁控溅射多弧离子镀技术不利于在外形复杂、遮挡严重的部件表面进行涂层制备，磁控溅射制备的涂层较薄，在涂层厚度要求高时不适用，且涂层制备成本太高；多弧离子镀技术容易在涂层内部形成大液滴缺陷，影响最终使用性能。因此，开发更高效、更厚、结合力更强的TiAlN涂层，是氮化物涂层研究中亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种钛合金表面的TiAlN复合涂层及其制备方法，本发明对包埋渗铝层进行离子轰击清洗和离子渗氮处理，原位生成TiAlN复合涂层，使渗层与钛合金基体冶金结合，大大提高了钛合金基体与表面改性涂层的结合力；同时，能够有效缓解高硬度、高刚度的TiAlN涂层与钛合金基体之间的热膨胀系数、硬度以及弹性模量的差异而产生的高应力接触状态，延长涂层使用寿命。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以解决。

(一)一种钛合金表面的TiAlN复合涂层，包括渗铝层和Ti_1-xAl_xN层，其中，0.25≤x≤0.5。

优选的，所述渗铝层为Ti₃Al或TiAl中的一种或多种。

优选的，所述渗铝层的厚度为6-15μm，所述Ti_1-xAl_xN层的厚度为4-10μm。

(二)一种钛合金表面的TiAlN复合涂层及其制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将粗品钛合金基体进行预处理，得钛合金基体；将钛合金基体置于包埋渗剂中进行包埋，得包埋基体，将包埋基体置于气氛炉中进行渗铝处理，得渗铝层；

步骤2，将渗铝层置于双辉离子渗氮炉内，先进行离子轰击清洗，再进行渗氮处理，得到钛合金表面的TiAlN复合涂层。

优选的，步骤1中，所述预处理为对粗品钛合金基体依次采用120目、240目、400目和800目金相砂纸进行打磨，超声清洗20min，冲洗3-5min，烘干；

进一步优选的，所述烘干的温度为70-80℃，烘干的时间为2-3h；

优选的，步骤1中，所述包埋渗剂包含：铝粉、氟化物粉和氧化铝粉。

优选的，步骤1中，所述包埋渗剂的原料质量占比为：铝粉10％，氟化物粉1-3％，余量为氧化铝粉。

进一步优选的，所述氟化物粉为氟化钠粉或氟化铵粉。

优选的，步骤1中，所述包埋渗剂的制备方法为：将铝粉、氟化物粉和氧化铝粉进行滚动球磨，即得。

进一步优选的，所述滚动球磨的转速为10r/min，滚动球磨的时间3-4h。