CN111020556A - 一种超光滑高硬度复合涂层及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及复合涂层技术领域，尤其是一种超光滑高硬度复合涂层，所述复合涂层的质量组份包含钴5‑12份、钨8‑15份、二氧化钛1‑3份、碳化硅3‑6份、钼0.1‑0.5、镍0.1‑0.5份、铌0.1‑0.2份、氧化铝5‑10份、和石墨20‑25份。本发明还包括一种超光滑高硬度复合涂层的制备方法，本发明利用辉光放电清洁样品并配合脉冲激光毛化技术和连续激光辅助冷喷涂的方法，使基材由涂层的结合强度得到较大的提升，显著增加了涂层的使用寿命，同时利用多种高强度的合金混合粉末的沉积，提升了涂层表面的光滑度和硬度，具有市场前景，适合推广。

Description

一种超光滑高硬度复合涂层及制备方法
技术领域
本发明涉及复合涂层技术领域，尤其涉及一种超光滑高硬度复合涂层及制备方法。
背景技术
复合材料能有效减轻基材的重量和表面性能，可广泛应用于航空航天领域。在实际应用中复合材料基板常与钛合金面板胶接而组成钛合金复合材料结构，如直升机桨叶等，但其胶接强度一直是需要解决的关键问题。采用表面处理工艺改善钛合金表面形貌和化学特性是提高钛合金与复合材料胶接强度的一个主要途径，但是仍然存在钛合金基体和涂层的结合力不够强的问题。因此为了在保证基体和镀层的结合力的前提下，提高基材的硬度、抗冲蚀和光滑性，需要一种更好的复合涂层来解决以上问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在现有的复合涂层与基体结合力不够强，影响基材的硬度、抗冲蚀和光滑性的缺点，而提出的一种超光滑高硬度复合涂层及制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
设计一种超光滑高硬度复合涂层，所述复合涂层的质量组份包含钴5-12份、钨8-15份、二氧化钛1-3份、碳化硅 3-6份、钼0.1-0.5、镍0.1-0.5份、铌0.1-0.2份、氧化铝5-10份、和石墨20-25份。
一种超光滑高硬度复合涂层的制备方法，包括如下步骤：
S1、按重量组份配比原材料并混合，利用球磨法将混合的原材料混合均匀形成复合粉末；所述复合粉末的硬度＞45HRC，所述复合粉末的粉末粒度为5～25μm；
S2、将球磨好的复合粉末在还原炉中还原；
S3、对基体进行预处理；
S4、利用脉冲激光毛化技术对基体表面进行处理以提高表面粗糙度；采用连续激光辅助冷喷涂的方法在经过脉冲激光毛化处理的基体上同步沉积超光滑高硬度复合涂层。
优选的，所述超光滑高硬度复合涂层的沉积厚度为2-3mm。
优选的，在步骤S2中，所述复合粉末的还原在马弗炉中进行，还原气氛为氩气或氮气，还原时间为40-50min，还原温度为300～450℃。
优选的，在步骤S4中，脉冲激光的能量密度为120～125W/cm²，脉宽为1～3ms，波长为1510～1650nm，半导体连续激光的能量密度为6～8×150W/cm²，波长为1100～1200nm。
优选的，在步骤S3中，所述基体预处理包括将化学清洗后的基材放入多弧离子镀膜室内，置于基材转架上，对真空室抽真空至12～15Pa，后充入氩气或氮气，气体流量控制在200～250sccm，工作压强控制在0.5～1Pa，基体加热到500～650℃，然后开启脉冲电源，调节偏压-600～-800V，基体表面发生辉光放电，辉光放电清洁样品时间30-35分钟。
本发明提出的一种超光滑高硬度复合涂层及制备方法，有益效果在于：本发明利用辉光放电清洁样品并配合脉冲激光毛化技术和连续激光辅助冷喷涂的方法，使基材由涂层的结合强度得到较大的提升，显著增加了涂层的使用寿命，同时利用多种高强度的合金混合粉末的沉积，提升了涂层表面的光滑度和硬度。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例一：
一种超光滑高硬度复合涂层，所述复合涂层的质量组份包含钴5份、钨8份、二氧化钛1份、碳化硅3、钼0.1、镍0.1份、铌0.1份、氧化铝5份、和石墨20份。
一种超光滑高硬度复合涂层的制备方法，包括如下步骤：
S1、按重量组份配比原材料并混合，利用球磨法将混合的原材料混合均匀形成复合粉末；所述复合粉末的硬度为45HRC，所述复合粉末的粉末粒度为5μm；
S2、将球磨好的复合粉末在还原炉中还原，所述复合粉末的还原在马弗炉中进行，还原气氛为氩气或氮气， 还原时间为40min，还原温度为300℃。
S3、对基体进行预处理，所述基体预处理包括将化学清洗后的基材放入多弧离子镀膜室内，置于基材转架上，对真空室抽真空至12Pa，后充入氩气，气体流量控制在200sccm，工作压强控制在0.5Pa，基体加热到500℃，然后开启脉冲电源，调节偏压-600V，基体表面发生辉光放电，辉光放电清洁样品时间30分钟；
S4、利用脉冲激光毛化技术对基体表面进行处理以提高表面粗糙度；采用连续激光辅助冷喷涂的方法在经过脉冲激光毛化处理的基体上同步沉积超光滑高硬度复合涂层，脉冲激光的能量密度为120W/cm²，脉宽为1ms，波长 为1510nm，半导体连续激光的能量密度为6×150W/cm²，波长为1100nm，所述超光滑高硬度复合涂层的沉积厚度为2mm。
实施例二：
一种超光滑高硬度复合涂层，所述复合涂层的质量组份包含钴12份、钨15份、二氧化钛3份、碳化硅6份、钼0.5、镍0.1份、铌0.2份、氧化铝10份、和石墨25份。
一种超光滑高硬度复合涂层的制备方法，包括如下步骤：
S1、按重量组份配比原材料并混合，利用球磨法将混合的原材料混合均匀形成复合粉末；所述复合粉末的硬度为50HRC，所述复合粉末的粉末粒度为25μm；
S2、将球磨好的复合粉末在还原炉中还原，所述复合粉末的还原在马弗炉中进行，还原气氛为氮气， 还原时间为50min，还原温度为450℃。
S3、对基体进行预处理，所述基体预处理包括将化学清洗后的基材放入多弧离子镀膜室内，置于基材转架上，对真空室抽真空至15Pa，后充入氩气或氮气，气体流量控制在250sccm，工作压强控制在1Pa，基体加热到650℃，然后开启脉冲电源，调节偏压-800V，基体表面发生辉光放电，辉光放电清洁样品时间35分钟；
S4、利用脉冲激光毛化技术对基体表面进行处理以提高表面粗糙度；采用连续激光辅助冷喷涂的方法在经过脉冲激光毛化处理的基体上同步沉积超光滑高硬度复合涂层，脉冲激光的能量密度为125W/cm²，脉宽为3ms，波长 为1650nm，半导体连续激光的能量密度为8×150W/cm²，波长为1200nm，所述超光滑高硬度复合涂层的沉积厚度为3mm。
实施例三：
一种超光滑高硬度复合涂层，所述复合涂层的质量组份包含钴10份、钨13份、二氧化钛2份、碳化硅 5份、钼0.4、镍0.5份、铌0.2份、氧化铝7份、和石墨22份。
一种超光滑高硬度复合涂层的制备方法，包括如下步骤：
S1、按重量组份配比原材料并混合，利用球磨法将混合的原材料混合均匀形成复合粉末；所述复合粉末的硬度为55HRC，所述复合粉末的粉末粒度为20μm；
S2、将球磨好的复合粉末在还原炉中还原，所述复合粉末的还原在马弗炉中进行，还原气氛为氩气或氮气， 还原时间45min，还原温度为400℃。
S3、对基体进行预处理，所述基体预处理包括将化学清洗后的基材放入多弧离子镀膜室内，置于基材转架上，对真空室抽真空至14Pa，后充入氩气或氮气，气体流量控制在230sccm，工作压强控制在1Pa，基体加热到550℃，然后开启脉冲电源，调节偏压-700V，基体表面发生辉光放电，辉光放电清洁样品时间33分钟；
S4、利用脉冲激光毛化技术对基体表面进行处理以提高表面粗糙度；采用连续激光辅助冷喷涂的方法在经过脉冲激光毛化处理的基体上同步沉积超光滑高硬度复合涂层，脉冲激光的能量密度为124W/cm²，脉宽为2ms，波长为1600nm，半导体连续激光的能量密度为7×150W/cm²，波长为1150nm，所述超光滑高硬度复合涂层的沉积厚度为2.5mm。
本发明利用辉光放电清洁样品并配合脉冲激光毛化技术和连续激光辅助冷喷涂的方法，使基材由涂层的结合强度得到较大的提升，显著增加了涂层的使用寿命，同时利用多种高强度的合金混合粉末的沉积，提升了涂层表面的光滑度和硬度。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种超光滑高硬度复合涂层，其特征在于，所述复合涂层的质量组份包含钴5-12份、钨8-15份、二氧化钛1-3份、碳化硅 3-6份、钼0.1-0.5、镍0.1-0.5份、铌0.1-0.2份、氧化铝5-10份、和石墨20-25份。
2.根据权利要求1所述的一种超光滑高硬度复合涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、按重量组份配比原材料并混合，利用球磨法将混合的原材料混合均匀形成复合粉末；所述复合粉末的硬度＞45HRC，所述复合粉末的粉末粒度为5～25μm；
S2、将球磨好的复合粉末在还原炉中还原；
S3、对基体进行预处理；
S4、利用脉冲激光毛化技术对基体表面进行处理以提高表面粗糙度；采用连续激光辅助冷喷涂的方法在经过脉冲激光毛化处理的基体上同步沉积超光滑高硬度复合涂层。
3.根据权利要求2所述的一种超光滑高硬度复合涂层的制备方法，其特征在于，所述超光滑高硬度复合涂层的沉积厚度为2-3mm。
4.根据权利要求2所述的一种超光滑高硬度复合涂层的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述复合粉末的还原在马弗炉中进行，还原气氛为氩气或氮气， 还原时间为40-50min，还原温度为300～450℃。
5.根据权利要求2所述的一种超光滑高硬度复合涂层的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，脉冲激光的能量密度为120～125W/cm²，脉宽为1～3ms，波长为1510～1650nm，半导体连续激光的能量密度为6～8×150W/cm²，波长为1100～1200nm。
6.根据权利要求2所述的一种超光滑高硬度复合涂层的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述基体预处理包括将化学清洗后的基材放入多弧离子镀膜室内，置于基材转架上，对真空室抽真空至12～15Pa，后充入氩气或氮气，气体流量控制在200～250sccm，工作压强控制在0.5～1Pa，基体加热到500～650℃，然后开启脉冲电源，调节偏压-600～-800V，基体表面发生辉光放电，辉光放电清洁样品时间30-35分钟。
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