CN103057205B - 一种氮化钛纳米多层涂层叶轮及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于输送各种流体介质的化学工业用耐腐蚀泵领域，特别涉及一种氮化钛纳米多层涂层叶轮及其制备工艺，叶轮基体材料为25钢，叶轮基体表面为氮化钛高硬度涂层，叶轮基体与表面氮化钛高硬度涂层之间含有一层钛过渡层。具体工艺包括前处理、离子清洗、沉积钛过渡层、沉积表面氮化钛高硬度层。氮化钛纳米多层涂层叶轮可以保持较高硬度的同时提高涂层的韧性和与基体间的结合强度，从而提高涂层的耐冲击性和耐磨性，延长叶轮的使用寿命；该制备工艺容易掌握，生产过程稳定可靠。用该方法制备的叶轮，与未涂层的叶轮相比，耐磨性和耐腐蚀性能有大幅度提高；该氮化钛纳米多层涂层可广泛用于各种耐腐蚀泵类叶轮的涂层。

Description

一种氮化钛纳米多层涂层叶轮及其制备方法

技术领域

本发明属于材料涂层领域和化学工业用耐腐蚀泵领域，特别涉及一种氮化钛纳米多层涂层叶轮及其制备工艺。

背景技术

目前，广泛用于化工、石油、制药、农药、酸洗、染料、油漆、冶炼、造纸、电镀、矿山、冶金、食品等行业输送液体的离心泵有许多种，对于输送腐蚀介质的离心泵的耐腐蚀问题一直是广大科技工作者关注的问题。现有的耐腐蚀泵主要采用钛合金、不锈钢、玻璃钢、硅铁、氟塑料、超高分子量聚乙烯等耐腐蚀材料制成。其中有的材料价格较贵，有的材料制造工艺复杂，尤其是有的材料对强腐蚀介质的抗腐蚀性差或在热加工过程中产生剧毒物质，降低了其使用寿命并严重影响了耐腐蚀泵的推广应用。

氮化钛、氮化锆等氮化物自上世纪70年代成功应用于切削刀具的涂层，可使得刀具性能和使用寿命大大提高。氮化物单涂层具有相对较差的韧性和耐磨性，通过制备多层复合结构的涂层可以显著提高硬质涂层的韧性、结合强度和耐磨性等综合性能。纳米多层复合结构已经成为涂层的发展方向

发明内容

本发明的目的是克服现有耐腐蚀泵叶轮材料的上述不足，并克服涂层与叶轮基体结合强度小的不足，提供一种氮化钛纳米多层涂层叶轮及其制备工艺，提高叶轮的耐腐蚀性能，与现有技术相比，该方法具有节能、制造工艺简单、制造成本低等特点，可明显提高耐腐蚀泵的使用性能和使用寿命。

本发明通过以下方式实现：

一种氮化钛纳米多层涂层叶轮，叶轮基体材料为25钢，涂层为纳米钛和氮化钛，叶轮基体表面为氮化钛高硬度涂层，为了提高氮化钛与叶轮基体之间的结合强度，叶轮基体与表面氮化钛高硬度涂层之间含有一层钛过渡层。

制备所述的氮化钛纳米多层涂层叶轮的方法是：沉积方式为电弧离子镀沉积200~300nm的钛过渡层，然后沉积厚度为500~600nm的氮化钛，具体步骤如下：

(1) 前处理：将叶轮基体表面抛光，去除表面油污、锈迹杂质，然后依次放入酒精和丙酮中，超声波清洗各30min，去除叶轮基体表面油污和附着物，电吹风干燥充分后迅速放入镀膜机，抽真空至5.0×10^-3Pa，加热至420℃，保温100~130min；

(2) 离子清洗：通氩气，其压力为1.5Pa，开启偏压电源，电压800V，占空比0.2，辉光放电清洗40min；降低偏压至600V，占空比0.2，开启离子源离子清洗60min，开启钛靶的电弧源，偏压400V，靶电流50A，离子轰击钛靶10min；

(3) 沉积钛过渡层：调整氩气气压0.5~0.6Pa，偏压降至250V，沉积温度250℃，钛靶电流80A，电弧镀钛过渡层10~15min；

(4) 沉积氮化钛层，氩气气压0.5Pa，偏压200V，沉积温度300℃，电弧镀氮化钛层30min；

(5) 后处理：关闭各电源，离子源及气体源，涂层结束。

通过上述工艺制备的氮化钛纳米多层涂层叶轮，叶轮表面为氮化钛高硬度涂层，叶轮基体与涂层之间有钛过渡层，以减小残余应力，增加涂层与叶轮基体间的结合强度。

本发明氮化钛纳米多层涂层叶轮，含有高硬度氮化钛涂层和韧性金属钛，可以保持较高硬度的同时提高涂层的韧性和与叶轮基体间的结合强度，从而提高涂层的耐磨性，这种纳米多层涂层结构，可以有效弥补氮化钛单涂层韧性较差的不足，显著减小叶轮的磨损，延长耐腐蚀泵的使用寿命，该纳米多层涂层叶轮制备工艺容易掌握，生产过程稳定可靠。

附图说明

附图1是本发明的氮化钛纳米多层涂层结构示意图。

具体实施方式

下面给出本发明的实施例，用来进一步说明技术解决方案。 

一种氮化钛纳米多层涂层叶轮的制备方法，叶轮基体材料为25钢，涂层为纳米钛和氮化钛，叶轮基体表面为氮化钛高硬度涂层，叶轮基体与表面氮化钛高硬度涂层之间含有一层钛过渡层。

制备所述的氮化钛纳米多层涂层叶轮的方法是：沉积方式为电弧离子镀沉积200~300nm的钛过渡层，然后沉积厚度为500~600nm的氮化钛，具体步骤如下：

(1) 前处理：将叶轮基体表面抛光，去除表面油污、锈迹杂质，然后依次放入酒精和丙酮中，超声波清洗各30min，去除叶轮基体表面油污和附着物，电吹风干燥充分后迅速放入镀膜机，抽真空至5.0×10^-3Pa，加热至420℃，保温100~130min；

(2) 离子清洗：通氩气，其压力为1.5Pa，开启偏压电源，电压800V，占空比0.2，辉光放电清洗40min；降低偏压至600V，占空比0.2，开启离子源离子清洗60min，开启钛靶的电弧源，偏压400V，靶电流50A，离子轰击钛靶10min；

(3) 沉积钛过渡层：调整氩气气压0.5~0.6Pa，偏压降至250V，沉积温度250℃，钛靶电流80A，电弧镀钛过渡层10~15min；

(4) 沉积氮化钛层，氩气气压0.5Pa，偏压200V，沉积温度300℃，电弧镀氮化钛层30min；

(5) 后处理：关闭各电源，离子源及气体源，涂层结束。

Claims (1)

1.一种氮化钛纳米多层涂层叶轮的制备方法，叶轮基体材料为25钢，涂层为纳米钛和氮化钛，叶轮基体表面为氮化钛高硬度涂层，叶轮基体与表面氮化钛高硬度涂层之间含有一层钛过渡层，其特征在于：沉积方式为电弧离子镀沉积200~300nm的钛过渡层，然后沉积厚度为500~600nm的氮化钛，具体步骤如下：

(1) 前处理：将叶轮基体表面抛光，去除表面油污、锈迹杂质，然后依次放入酒精和丙酮中，超声波清洗各30min，去除叶轮基体表面油污和附着物，电吹风干燥充分后迅速放入镀膜机，抽真空至5.0×10^-3Pa，加热至420℃，保温100~130min；

(2) 离子清洗：通氩气，其压力为1.5Pa，开启偏压电源，电压800V，占空比0.2，辉光放电清洗40min；降低偏压至600V，占空比0.2，开启离子源离子清洗60min，开启钛靶的电弧源，偏压400V，靶电流50A，离子轰击钛靶10min；

(3) 沉积钛过渡层：调整氩气气压0.5~0.6Pa，偏压降至250V，沉积温度250℃，钛靶电流80A，电弧镀钛过渡层10~15min；

(4) 沉积氮化钛层，氩气气压0.5Pa，偏压200V，沉积温度300℃，电弧镀氮化钛层30min；

(5) 后处理：关闭各电源，离子源及气体源，涂层结束。