CN113913763A - 一种身管抗烧蚀磨损涂层的制备方法 - Google Patents

一种身管抗烧蚀磨损涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于薄膜材料技术领域，具体公开了一种身管抗烧蚀磨损涂层的制备方法，该方法包括步骤(1)、身管超声清洗；步骤(2)、身管自辉光溅射清洗；步骤(3)、采用高功率脉冲磁控溅射或阴极弧沉积(Ta/TaN)n梯度涂层，其中n＝1，2，……，30。本发明方法制备的(Ta/TaN)n身管涂层具有膜层薄、硬度高、附着力好、抗烧蚀磨损性能好等优点。

Description

一种身管抗烧蚀磨损涂层的制备方法
技术领域
本发明属于薄膜材料技术领域，具体涉及一种身管抗烧蚀磨损涂层的制备方法。
背景技术
身管是火炮系统的关键部件之一，其寿命是决定火炮系统寿命的最重要因素。当今普遍采用的Ni-Cr-MO-V钢系和钛合金虽能较好地满足身管材料综合力学性能的要求，但在抗烧蚀磨损方面存在着不足，如何提高身管的抗烧蚀磨损性能成为了解决身管寿命的关键问题。
多年来，国内外对身管烧蚀问题进行了大量的研究，在身管内采用耐烧蚀磨损涂层是提高身管寿命的重要技术措施。国外对大口径火炮身管一般采用电镀软铬涂层工艺，对中小口径身管采用磁控溅射沉积钽涂层工艺。国内对大口径和中小口径身管都采用电镀中硬铬涂层工艺，但还存在着涂层寿命较短的问题。国内外现有的这两种涂层工艺中，涂层厚度大致在60μm～150μm之间。电镀Cr涂层本征上存在着脆性大、裂纹多、附着力差、环境污染严重等诸多顽疾，磁控溅射沉积钽涂层则存在膜层厚、制备耗时长、硬度低、耐磨性偏差等问题。
因此，亟待开发一种身管涂层的制备方法，能够有效克服国内外现有身管涂层工艺存在的以上缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种身管抗烧蚀磨损涂层的制备方法，该方法通过身管超声清洗、身管自辉光溅射清洗、采用高功率脉冲磁控溅射技术或柱面阴极弧技术制备身管的(Ta/TaN)n软硬复合梯度涂层。本发明方法制备的(Ta/TaN)n身管涂层具有膜层薄、抗烧蚀磨损性能好等优点。
实现本发明目的的技术方案：一种身管抗烧蚀磨损涂层的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤(1)、身管超声清洗；
步骤(2)、身管自辉光溅射清洗；
步骤(3)、采用高功率脉冲磁控溅射或阴极弧沉积(Ta/TaN)n梯度涂层，其中n＝1，2，……，30。
进一步地，所述步骤(1)具体为：有机溶剂超声除油，中性除锈剂超声清洗，去离子水冲洗，酒精超声清洗，压缩空气吹干。
进一步地，所述步骤(2)具体为：
步骤(2.1)、将超声清洗后的身管置入镀膜设备真空室中进行抽真空，设置控温加热；
步骤(2.2)、向真空室中通入惰性气体(Ar)，进行身管内膛自偏压辉光溅射清洗。
进一步地，所述步骤(2.1)中，真空室真空度达到10Pa后，设置控温加热。
进一步地，所述步骤(2.1)中，控温加热的温度为150～200℃。
进一步地，所述步骤(2.2)中，真空室真空度达到0.01Pa后，向真空室中通入惰性气体(Ar)至真空度为10Pa。
进一步地，所述步骤(2.2)中，身管内膛的负偏压为-600V～-1200V，占空比为50％，辉光溅射清洗时间为20min。
进一步地，所述步骤(3)采用高功率脉冲磁控溅射沉积(Ta/TaN)n梯度涂层具体为：
步骤(3.1a)、降低惰性气体(Ar)的气流量；
步骤(3.2a)、身管偏压电源采用双极性脉冲电源，设置身管双极性脉冲偏压；
步骤(3.3a)、设置高功率脉冲磁控溅射电源，采用高功率脉冲磁控溅射，以金属Ta为靶材，在身管内膛沉积金属Ta涂层；
步骤(3.4a)、保持惰性气体(Ar)的气流量不变，阶梯型分段送入N2至真空度为0.5Pa，在金属Ta涂层表面沉积TaN涂层；
步骤(3.5a)、保持惰性气体(Ar)的气流量不变，阶梯型分段降低N2的气流量至停止，在TaN涂层表面沉积金属Ta涂层；
步骤(3.6a)、保持惰性气体(Ar)的气流量不变，阶梯型分段送入N2至真空度为0.5Pa，在金属Ta涂层表面沉积TaN涂层；
步骤(3.7a)、重复步骤(3.5a)和步骤(3.6a)n-2次，完成身管内膛(Ta/TaN)n复合梯度涂层的沉积。
进一步地，所述步骤(3.1a)中降低惰性气体(Ar)的气流量至真空度为0.3Pa。
进一步地，所述步骤(3.2a)中身管的正偏压为+5V，占空比为10％～50％；负偏压为-10V～-100V，占空比10％～50％。
进一步地，所述步骤(3.3a)中设置的高功率脉冲磁控溅射电源的峰值电压为2000V，峰值电流为1000A，功率为10kW，脉冲频率为200Hz，脉冲时间为500μs。
进一步地，所述步骤(3.3a)和步骤(3.5a)中沉积金属Ta涂层的真空度为0.3Pa。
进一步地，所述步骤(3.5a)中阶梯型分段降低N2的气流量至停止的流程为：降低N2的气流量至真空室真空度为0.4Pa，继续降低N2的气流量至真空室真空度为0.3Pa，关闭N2的气流量。
进一步地，所述步骤(3.4a)和步骤(3.6a)中沉积TaN涂层的真空度为0.5Pa，阶梯型分段送入N2至真空度为0.5Pa的流程为：送入N2的气流量至真空室真空度为0.4Pa，继续送入N2的气流量至真空室真空度为0.5Pa。
进一步地，所述步骤(3.3a)和步骤(3.5a)中金属Ta涂层的沉积时间为6min～240min。
进一步地，所述步骤(3.4a)和步骤(3.6a)中TaN涂层的沉积时间为6min～120min。
进一步地，所述步骤(3)采用阴极弧沉积(Ta/TaN)n梯度涂层具体为：
步骤(3.1b)、降低惰性气体(Ar)的气流量；
步骤(3.2b)、身管偏压电源采用双极性脉冲电源，设置身管双极性脉冲偏压；
步骤(3.3b)、设置弧流，采用阴极弧，以金属Ta为靶材，在身管内膛沉积金属Ta涂层；
步骤(3.4b)、保持惰性气体(Ar)的气流量不变，阶梯型分段送入N2至真空度为0.5Pa，在金属Ta涂层表面沉积TaN涂层；
步骤(3.5b)、保持惰性气体(Ar)的气流量不变，阶梯型分段降低N2的气流量至停止，在TaN涂层表面沉积金属Ta涂层；
步骤(3.6b)、保持惰性气体(Ar)的气流量不变，阶梯型分段送入N2至真空度为0.5Pa，在金属Ta涂层表面沉积TaN涂层；
步骤(3.7b)、重复步骤(3.5b)和步骤(3.6b)n-2次，完成身管内膛(Ta/TaN)n梯度涂层的沉积。
进一步地，所述步骤(3.1b)中降低惰性气体(Ar)的气流量至真空度为0.3Pa。
进一步地，所述步骤(3.2b)中身管的正偏压为+5V，占空比为10％～50％；负偏压为-10V～-100V，占空比10％～50％。
进一步地，所述步骤(3.3b)中弧流为100A。
进一步地，所述步骤(3.3b)和步骤(3.5b)中沉积金属Ta涂层的真空度为0.3Pa。
进一步地，所述步骤(3.5b)中阶梯型分段降低N2的气流量至停止的流程为：降低N2的气流量至真空室真空度为0.4Pa，继续降低N2的气流量至真空室真空度为0.3Pa，关闭N2的气流量。
进一步地，所述步骤(3.4b)和步骤(3.6b)中沉积TaN涂层的真空度为0.5Pa，阶梯型分段送入N2至真空度为0.5Pa的流程为：送入N2的气流量至真空室真空度为0.4Pa，继续送入N2的气流量至真空室真空度为0.5Pa。
进一步地，所述步骤(3.3b)和步骤(3.5b)中金属Ta涂层的沉积时间为8min～320min。
进一步地，所述步骤(3.4b)和步骤(3.6b)中TaN涂层的沉积时间为8min～160min。
本发明的有益技术效果在于：
1、本发明提供的一种身管抗烧蚀磨损涂层的制备方法制备的(Ta/TaN)n软硬复合梯度涂层中的Ta涂层(HV50g＝400～500kg/mm2)具有硬度与身管基材(HV50g＝400～500kg/mm2)相近、韧性好、与身管结合力好的优点，同时Ta涂层又作为TaN(HV50g＝1000～1200kg/mm2)面层的应力缓冲抗裂层，这种软硬复合的梯度涂层结构充分发挥了Ta与身管基材的高匹配性和TaN优良的抗烧蚀磨损性能，可有效解决现有工艺中电镀Cr涂层本征上存在的脆性大、裂纹多、附着力差和磁控溅射沉积钽涂层硬度低、耐磨性偏差的问题。
2、本发明提供的一种身管抗烧蚀磨损涂层的制备方法制备的(Ta/TaN)n身管涂层的膜层薄，单层Ta的厚度为0.5μm～20μm，单层TaN的厚度为0.5μm～10μm，涂层总厚度≤40μm，有效解决了现有工艺中沉积钽涂层存在的膜层厚的问题。
3、本发明提供的一种身管抗烧蚀磨损涂层的制备方法制备时间短，生产过程中不存在环境污染的问题。
附图说明
图1为本发明所提供的一种身管抗烧蚀磨损涂层的制备方法获得的身管抗烧蚀磨损涂层(Ta/TaN)n的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。下面以某一滑膛炮身管内膛高功率脉冲磁控溅射和阴极弧沉积(Ta/TaN)n软硬复合梯度涂层的具体实施例来做详细说明，Ta靶柱面距身管内膛距离为20mm。本发明制备方法获得的身管抗烧蚀磨损涂层(Ta/TaN)n的结构如图1所示。
实施例1
采用高功率脉冲磁控溅射沉积制备身管的Ta/TaN梯度涂层
步骤(1)、身管超声清洗
采用汽油超声清洗30分钟，采用中性除锈剂CY-203A环保清洗剂超声清洗10分钟，采用去离子水冲洗身管内外表面两遍，沥水后采用酒精超声清洗10分钟，最后采用干燥压缩空气吹干；
步骤(2)、身管自辉光溅射清洗
2.1)清洗后的身管与Ta靶同轴组装，身管尾部固定于靶材基座，整体吊装入镀膜设备真空室，进行抽真空，真空度达到10Pa时，设置200℃控温加热；
2.2)真空度达到0.01Pa时，向真空室中通入Ar至10Pa，身管负偏压按-600V→-700V→-800V→-900V→-1000V→-1100V→-1200V顺序加压，占空比恒定为50％，进行身管内膛的辉光溅射清洗，清洗20min；
步骤(3)采用高功率脉冲磁控溅射沉积Ta/TaN软硬复合梯度涂层
3.1)降低Ar的气流量至真空度为0.3Pa；
3.2)身管偏压电源采用双极性脉冲电源，设置身管双极性脉冲偏压：正偏压为+5V，占空比10％；负偏压为-100V，占空比50％；
3.3)设置高功率脉冲磁控溅射电源：峰值电压2000V，峰值电流1000A，功率10kW，脉冲频率200Hz，脉冲时间500μs，以金属Ta为靶材，在身管内膛溅射沉积金属Ta涂层，真空度为0.3Pa，沉积时间180min，；
3.4)保持惰性气体(Ar)的气流量不变，阶梯型分段送入N2至真空室真空度为0.5Pa：送入N2至真空室真空度为0.4Pa→继续送入N2至真空室真空度为0.5Pa。在金属Ta涂层表面溅射沉积TaN涂层60min。
实施例2
采用高功率脉冲磁控溅射沉积制备身管的(Ta/TaN)15梯度涂层
步骤(1)、身管超声清洗
采用汽油超声清洗30分钟，采用中性除锈剂CY-203A环保清洗剂超声清洗10分钟，采用去离子水冲洗身管内外表面两遍，沥水后采用酒精超声清洗10分钟，最后采用干燥压缩空气吹干；
步骤(2)、身管自辉光溅射清洗
2.1)清洗后的身管与Ta靶同轴组装，身管尾部固定于靶材基座，整体吊装入镀膜设备真空室，进行抽真空，真空度达到10Pa时，设置200℃控温加热；
2.2)真空度达到0.01Pa时，向真空室中通入Ar至10Pa，身管负偏压按-600V→-700V→-800V→-900V→-1000V→-1100V→-1200V顺序加压，占空比恒定为50％，进行身管内膛的辉光溅射清洗，清洗20min；
步骤(3)采用高功率脉冲磁控溅射沉积(Ta/TaN)15软硬复合梯度涂层
3.1)降低Ar的气流量至真空度为0.3Pa；
3.2)身管偏压电源采用双极性脉冲电源，设置身管双极性脉冲偏压：正偏压为+5V，占空比10％；负偏压为-100V，占空比50％；
3.3)设置高功率脉冲磁控溅射电源：峰值电压2000V，峰值电流1000A，功率10kW，脉冲频率200Hz，脉冲时间500μs，以金属Ta为靶材，在身管内膛溅射沉积金属Ta涂层，真空度为0.3Pa，沉积时间18min；
3.4)保持惰性气体(Ar)的气流量不变，阶梯型分段送入N2至真空室真空度为0.5Pa：送入N2至真空室真空度为0.4Pa→继续送入N2至真空室真空度为0.5Pa。在金属Ta涂层表面溅射沉积TaN涂层6min；
3.5)保持惰性气体(Ar)的气流量不变，阶梯型分段降低N2的气流量至关闭：降低N2的气流量至真空室真空度为0.4Pa→继续降低N2的气流量至真空室真空度为0.3Pa→关闭N2的气流量，在TaN涂层表面溅射沉积金属Ta涂层，真空度为0.3Pa，沉积时间18min；
3.6)保持惰性气体(Ar)的气流量不变，阶梯型分段送入N2至真空室真空度为0.5Pa：送入N2至真空室真空度为0.4Pa→继续送入N2至真空室真空度为0.5Pa。在金属Ta涂层表面溅射沉积TaN涂层6min；
3.7)重复步骤3.5)和步骤3.6)13次，完成身管内膛(Ta/TaN)15梯度涂层的沉积。
实施例3
采用高功率脉冲磁控溅射沉积制备身管的(Ta/TaN)30梯度涂层
步骤(1)、身管超声清洗
采用汽油超声清洗30分钟，采用中性除锈剂CY-203A环保清洗剂超声清洗10分钟，采用去离子水冲洗身管内外表面两遍，沥水后采用酒精超声清洗10分钟，最后采用干燥压缩空气吹干；
步骤(2)、身管自辉光溅射清洗
2.1)清洗后的身管与Ta靶同轴组装，身管尾部固定于靶材基座，整体吊装入镀膜设备真空室，进行抽真空，真空度达到10Pa时，设置200℃控温加热；
2.2)真空度达到0.01Pa时，向真空室中通入Ar至10Pa，身管负偏压按-600V→-700V→-800V→-900V→-1000V→-1100V→-1200V顺序加压，占空比恒定为50％，进行身管内膛的辉光溅射清洗，清洗20min；
步骤(3)采用高功率脉冲磁控溅射沉积(Ta/TaN)30软硬复合梯度涂层
3.1)降低Ar的气流量至真空度为0.3Pa；
3.2)身管偏压电源采用双极性脉冲电源，设置身管双极性脉冲偏压：正偏压为+5V，占空比10％；负偏压为-100V，占空比50％；
3.3)设置高功率脉冲磁控溅射电源：峰值电压2000V，峰值电流1000A，功率10kW，脉冲频率200Hz，脉冲时间500μs，以金属Ta为靶材，在身管内膛溅射沉积金属Ta涂层，真空度为0.3Pa，沉积时间10min；
3.4)保持惰性气体(Ar)的气流量不变，阶梯型分段送入N2至真空室真空度为0.5Pa：送入N2至真空室真空度为0.4Pa→继续送入N2至真空室真空度为0.5Pa。在金属Ta涂层表面溅射沉积TaN涂层5min；
3.5)保持惰性气体(Ar)的气流量不变，阶梯型分段降低N2的气流量至关闭：降低N2的气流量至真空室真空度为0.4Pa→继续降低N2的气流量至真空室真空度为0.3Pa→关闭N2的气流量，在TaN涂层表面溅射沉积金属Ta涂层，真空度为0.3Pa，沉积时间10min；
3.6)保持惰性气体(Ar)的气流量不变，阶梯型分段送入N2至真空室真空度为0.5Pa：送入N2至真空室真空度为0.4Pa→继续送入N2至真空室真空度为0.5Pa。在金属Ta涂层表面溅射沉积TaN涂层5min；
3.7)重复步骤3.5)和步骤3.6)28次，完成身管内膛(Ta/TaN)30梯度涂层的沉积。
实施例4
采用阴极弧沉积制备身管的Ta/TaN梯度涂层
步骤(1)、身管超声清洗
采用汽油超声清洗30分钟，采用中性除锈剂CY-203A环保清洗剂超声清洗10分钟，采用去离子水冲洗身管内外表面两遍，沥水后采用酒精超声清洗10分钟，最后采用干燥压缩空气吹干；
步骤(2)、身管自辉光溅射清洗
2.1)清洗后的身管与Ta靶同轴组装，身管尾部固定于靶材基座，整体吊装入镀膜设备真空室，进行抽真空，真空度达到10Pa时，设置150℃控温加热；
2.2)真空度达到0.01Pa时，向真空室中通入Ar至10Pa，身管负偏压按-600V→-700V→-800V→-900V→-1000V→-1100V→-1200V顺序加压，占空比恒定为50％，进行身管内膛的辉光溅射清洗，清洗20min；
步骤(3)采用阴极弧沉积Ta/TaN梯度涂层
3.1)降低Ar的气流量至真空度为0.3Pa；
3.2)身管偏压电源采用双极性脉冲电源，设置身管双极性脉冲偏压：正偏压为+5V，占空比20％；负偏压为-50V，占空比10％；
3.3)设置弧流100A，以金属Ta为靶材，在身管内膛阴极弧沉积金属Ta涂层，真空度为0.3Pa，沉积时间240min；
3.4)保持惰性气体(Ar)的气流量不变，阶梯型分段送入N2至真空室真空度为0.5Pa：送入N2至真空室真空度为0.4Pa→继续送入N2至真空室真空度为0.5Pa。在金属Ta涂层表面阴极弧沉积TaN涂层80min。
实施例5
采用阴极弧沉积制备身管的(Ta/TaN)15梯度涂层
步骤(1)、身管超声清洗
采用汽油超声清洗30分钟，采用中性除锈剂CY-203A环保清洗剂超声清洗10分钟，采用去离子水冲洗身管内外表面两遍，沥水后采用酒精超声清洗10分钟，最后采用干燥压缩空气吹干；
步骤(2)、身管自辉光溅射清洗
2.1)清洗后的身管与Ta靶同轴组装，身管尾部固定于靶材基座，整体吊装入镀膜设备真空室，进行抽真空，真空度达到10Pa时，设置150℃控温加热；
2.2)真空度达到0.01Pa时，向真空室中通入Ar至10Pa，身管负偏压按-600V→-700V→-800V→-900V→-1000V→-1100V→-1200V顺序加压，占空比恒定为50％，进行身管内膛的辉光溅射清洗，清洗20min；
步骤(3)采用阴极弧沉积(Ta/TaN)15梯度涂层
3.1)降低Ar的气流量至真空度为0.3Pa；
3.2)身管偏压电源采用双极性脉冲电源，设置身管双极性脉冲偏压：正偏压为+5V，占空比20％；负偏压为-50V，占空比10％；
3.3)设置弧流100A，以金属Ta为靶材，在身管内膛阴极弧沉积金属Ta涂层，真空度为0.3Pa，沉积时间25min；
3.4)保持惰性气体(Ar)的气流量不变，阶梯型分段送入N2至真空室真空度为0.5Pa：送入N2至真空室真空度为0.4Pa→继续送入N2至真空室真空度为0.5Pa。在金属Ta涂层表面阴极弧沉积TaN涂层10min；
3.5)保持惰性气体(Ar)的气流量不变，阶梯型分段降低N2的气流量至关闭：降低N2的气流量至真空室真空度为0.4Pa→继续降低N2的气流量至真空室真空度为0.3Pa→关闭N2的气流量。在TaN涂层表面阴极弧沉积金属Ta涂层，真空度为0.3Pa，沉积时间25min；
3.6)保持惰性气体(Ar)的气流量不变，阶梯型分段送入N2至真空室真空度为0.5Pa：送入N2至真空室真空度为0.4Pa→继续送入N2至真空室真空度为0.5Pa。在金属Ta涂层表面阴极弧沉积TaN涂层10min；
3.7)重复步骤3.5)和步骤3.6)13次，完成身管内膛(Ta/TaN)15梯度涂层的沉积。
实施例6
采用阴极弧沉积制备身管的(Ta/TaN)30梯度涂层
步骤(1)、身管超声清洗
采用汽油超声清洗30分钟，采用中性除锈剂CY-203A环保清洗剂超声清洗10分钟，采用去离子水冲洗身管内外表面两遍，沥水后采用酒精超声清洗10分钟，最后采用干燥压缩空气吹干；
步骤(2)、身管自辉光溅射清洗
2.1)清洗后的身管与Ta靶同轴组装，身管尾部固定于靶材基座，整体吊装入镀膜设备真空室，进行抽真空，真空度达到10Pa时，设置150℃控温加热；
2.2)真空度达到0.01Pa时，向真空室中通入Ar至10Pa，身管负偏压按-600V→-700V→-800V→-900V→-1000V→-1100V→-1200V顺序加压，占空比恒定为50％，进行身管内膛的辉光溅射清洗，清洗20min；
步骤(3)采用阴极弧沉积(Ta/TaN)30梯度涂层
3.1)降低Ar的气流量至真空度为0.3Pa；
3.2)身管偏压电源采用双极性脉冲电源，设置身管双极性脉冲偏压：正偏压为+5V，占空比20％；负偏压为-50V，占空比10％；
3.3)设置弧流100A，以金属Ta为靶材，在身管内膛阴极弧沉积金属Ta涂层，真空度为0.3Pa，沉积时间15min；
3.4)保持惰性气体(Ar)的气流量不变，阶梯型分段送入N2至真空室真空度为0.5Pa：送入N2至真空室真空度为0.4Pa→继续送入N2至真空室真空度为0.5Pa。在金属Ta涂层表面阴极弧沉积TaN涂层8min；
3.5)保持惰性气体(Ar)的气流量不变，阶梯型分段降低N2的气流量至关闭：降低N2的气流量至真空室真空度为0.4Pa→继续降低N2的气流量至真空室真空度为0.3Pa→关闭N2的气流量。在TaN涂层表面阴极弧沉积金属Ta涂层，真空度为0.3Pa，沉积时间15min；
3.6)保持惰性气体(Ar)的气流量不变，阶梯型分段送入N2至真空室真空度为0.5Pa：送入N2至真空室真空度为0.4Pa→继续送入N2至真空室真空度为0.5Pa。在金属Ta涂层表面阴极弧沉积TaN涂层8min；
3.7)重复步骤3.5)和步骤3.6)28次，完成身管内膛(Ta/TaN)15梯度涂层的沉积。
实施例7
采用金相显微镜测试(Ta/TaN)n涂层的膜厚、显微硬度计测试涂层表面的维氏硬度HV50g、划痕仪测试涂层的膜基结合力，采用内窥镜观察实施例1-6的100发实弹射击试验后身管内膛涂层的表面状况，测试结果，如表1所示。
表1测试结果
Figure BDA0003234492510000141
由表1结果可知，实施例1-6制备的(Ta/TaN)n身管涂层的膜层薄，单层Ta的厚度为0.5μm～20μm，单层TaN的厚度为0.5μm～10μm，涂层总厚度≤40μm，有效解决了现有工艺中沉积钽涂层存在的膜层厚的问题；通过涂层的膜基结合力结果显示出本发明制备的涂层附着力好，维氏硬度HV50g结果表明本发明制备的涂层硬度高，并且通过100发实弹射击试验后身管内膛涂层的表面状况表明本发明制备的涂层的优良的抗烧蚀磨损性能。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (25)

1.一种身管抗烧蚀磨损涂层的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤(1)、身管超声清洗；
步骤(2)、身管自辉光溅射清洗；
步骤(3)、采用高功率脉冲磁控溅射或阴极弧沉积(Ta/TaN)n梯度涂层，其中n＝1，2，……，30。
2.根据权利要求1所述的一种身管抗烧蚀磨损涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为：有机溶剂超声除油，中性除锈剂超声清洗，去离子水冲洗，酒精超声清洗，压缩空气吹干。
3.根据权利要求1所述的一种身管抗烧蚀磨损涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为：
步骤(2.1)、将超声清洗后的身管置入镀膜设备真空室中进行抽真空，设置控温加热；
步骤(2.2)、向真空室中通入惰性气体(Ar)，进行身管内膛自偏压辉光溅射清洗。
4.根据权利要求3所述的一种身管抗烧蚀磨损涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(2.1)中，真空室真空度达到10Pa后，设置控温加热。
5.根据权利要求4所述的一种身管抗烧蚀磨损涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(2.1)中，控温加热的温度为150～200℃。
6.根据权利要求3所述的一种身管抗烧蚀磨损涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(2.2)中，真空室真空度达到0.01Pa后，向真空室中通入惰性气体(Ar)至真空度为10Pa。
7.根据权利要求6所述的一种身管抗烧蚀磨损涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(2.2)中，身管内膛的负偏压为-600V～-1200V，占空比为50％，辉光溅射清洗时间为20min。
8.根据权利要求1所述的一种身管抗烧蚀磨损涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)采用高功率脉冲磁控溅射沉积(Ta/TaN)n梯度涂层具体为：
步骤(3.1a)、降低惰性气体(Ar)的气流量；
步骤(3.2a)、身管偏压电源采用双极性脉冲电源，设置身管双极性脉冲偏压；
步骤(3.3a)、设置高功率脉冲磁控溅射电源，采用高功率脉冲磁控溅射，以金属Ta为靶材，在身管内膛沉积金属Ta涂层；
步骤(3.4a)、保持惰性气体(Ar)的气流量不变，阶梯型分段送入N2至真空度为0.5Pa，在金属Ta涂层表面沉积TaN涂层；
步骤(3.5a)、保持惰性气体(Ar)的气流量不变，阶梯型分段降低N2的气流量至停止，在TaN涂层表面沉积金属Ta涂层；
步骤(3.6a)、保持惰性气体(Ar)的气流量不变，阶梯型分段送入N2至真空度为0.5Pa，在金属Ta涂层表面沉积TaN涂层；
步骤(3.7a)、重复步骤(3.5a)和步骤(3.6a)n-2次，完成身管内膛(Ta/TaN)n复合梯度涂层的沉积。
9.根据权利要求8所述的一种身管抗烧蚀磨损涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(3.1a)中降低惰性气体(Ar)的气流量至真空度为0.3Pa。
10.根据权利要求8所述的一种身管抗烧蚀磨损涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(3.2a)中身管的正偏压为+5V，占空比为10％～50％；负偏压为-10V～-100V，占空比10％～50％。
11.根据权利要求8所述的一种身管抗烧蚀磨损涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(3.3a)中设置的高功率脉冲磁控溅射电源的峰值电压为2000V，峰值电流为1000A，功率为10kW，脉冲频率为200Hz，脉冲时间为500μs。
12.根据权利要求8所述的一种身管抗烧蚀磨损涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(3.3a)和步骤(3.5a)中沉积金属Ta涂层的真空度为0.3Pa。
13.根据权利要求8所述的一种身管抗烧蚀磨损涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(3.5a)中阶梯型分段降低N2的气流量至停止的流程为：降低N2的气流量至真空室真空度为0.4Pa，继续降低N2的气流量至真空室真空度为0.3Pa，关闭N2的气流量。
14.根据权利要求8所述的一种身管抗烧蚀磨损涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(3.4a)和步骤(3.6a)中沉积TaN涂层的真空度为0.5Pa，阶梯型分段送入N2至真空度为0.5Pa的流程为：送入N2的气流量至真空室真空度为0.4Pa，继续送入N2的气流量至真空室真空度为0.5Pa。
15.根据权利要求8所述的一种身管抗烧蚀磨损涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(3.3a)和步骤(3.5a)中金属Ta涂层的沉积时间为6min～240min。
16.根据权利要求8所述的一种身管抗烧蚀磨损涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(3.4a)和步骤(3.6a)中TaN涂层的沉积时间为6min～120min。
17.根据权利要求1所述的一种身管抗烧蚀磨损涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)采用阴极弧沉积(Ta/TaN)n梯度涂层具体为：
步骤(3.1b)、降低惰性气体(Ar)的气流量；
步骤(3.2b)、身管偏压电源采用双极性脉冲电源，设置身管双极性脉冲偏压；
步骤(3.3b)、设置弧流，采用阴极弧，以金属Ta为靶材，在身管内膛沉积金属Ta涂层；
步骤(3.4b)、保持惰性气体(Ar)的气流量不变，阶梯型分段送入N2至真空度为0.5Pa，在金属Ta涂层表面沉积TaN涂层；
步骤(3.5b)、保持惰性气体(Ar)的气流量不变，阶梯型分段降低N2的气流量至停止，在TaN涂层表面沉积金属Ta涂层；
步骤(3.6b)、保持惰性气体(Ar)的气流量不变，阶梯型分段送入N2至真空度为0.5Pa，在金属Ta涂层表面沉积TaN涂层；
步骤(3.7b)、重复步骤(3.5b)和步骤(3.6b)n-2次，完成身管内膛(Ta/TaN)n梯度涂层的沉积。
18.根据权利要求17所述的一种身管抗烧蚀磨损涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(3.1b)中降低惰性气体(Ar)的气流量至真空度为0.3Pa。
19.根据权利要求17所述的一种身管抗烧蚀磨损涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(3.2b)中身管的正偏压为+5V，占空比为10％～50％；负偏压为-10V～-100V，占空比10％～50％。
20.根据权利要求17所述的一种身管抗烧蚀磨损涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(3.3b)中弧流为100A。
21.根据权利要求17所述的一种身管抗烧蚀磨损涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(3.3b)和步骤(3.5b)中沉积金属Ta涂层的真空度为0.3Pa。
22.根据权利要求17所述的一种身管抗烧蚀磨损涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(3.5b)中阶梯型分段降低N2的气流量至停止的流程为：降低N2的气流量至真空室真空度为0.4Pa，继续降低N2的气流量至真空室真空度为0.3Pa，关闭N2的气流量。
23.根据权利要求17所述的一种身管抗烧蚀磨损涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(3.4b)和步骤(3.6b)中沉积TaN涂层的真空度为0.5Pa，阶梯型分段送入N2至真空度为0.5Pa的流程为：送入N2的气流量至真空室真空度为0.4Pa，继续送入N2的气流量至真空室真空度为0.5Pa。
24.根据权利要求17所述的一种身管抗烧蚀磨损涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(3.3b)和步骤(3.5b)中金属Ta涂层的沉积时间为8min～320min。
25.根据权利要求17所述的一种身管抗烧蚀磨损涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(3.4b)和步骤(3.6b)中TaN涂层的沉积时间为8min～160min。
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