專利名稱：一種在鈦合金零件上制備高純度耐腐蝕鋁涂層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在鈦合金零件上制備高純度耐腐蝕鋁涂層的方法，屬于鈦合金零 件加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鈦合金由于具有重量輕，抗疲勞性能好的特點，所以在航空航天領(lǐng)域廣泛使用鈦 合金零件。但由于航空航天飛行器上的零件工作環(huán)境復(fù)雜，溫度變化范圍大，所以對鈦合金 的抗腐蝕性有極嚴格的要求。為了提高鈦合金的抗腐蝕性，同時又不影響鈦合金零件內(nèi)部 的金相組織結(jié)構(gòu)，通常的做法是在300-400°C溫度下在鈦合金零件表面制備一層鋁涂層。鋁 涂層的耐腐蝕性能由其厚度和致密度決定，涂層制備溫度由涂覆工藝方法決定。隨著涂層 厚度的增加，其阻止外界腐蝕的可能性會加大，但厚度增加會嚴重影響涂層與零件的結(jié)合 性能，出現(xiàn)涂層的開裂和剝落，同時會提高零件材料的溫度，引起鈦合金零件的組織變化。 為了避免該現(xiàn)象的發(fā)生，人們研究了各種方法在不同零件上制備鋁涂層，但制備的鋁涂層 在厚度、結(jié)合力、致密度、涂覆溫度等方面總不能同時滿足鈦合金零件涂覆層的綜合性能要 求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種在鈦合金零件上制備高純度耐腐蝕鋁涂層的方法。 該方法通過調(diào)整不同的工藝參數(shù)而達到調(diào)節(jié)涂層厚度、致密度、結(jié)合力、涂覆溫度等綜合性 能，可以在鈦合金零件表面沉積一層綜合性能優(yōu)良的鋁涂層，以滿足批量鈦合金零件兩面 形成的鋁涂層的綜合性能。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明的一種在鈦合金零件上制備高純度耐腐蝕鋁涂層的 方法是按下述步驟對鈦合金零件制備鋁涂層去除鈦合金零件表面油漬一對鈦合金零件進 行氬等離子濺射清洗一在鈦合金零件上沉積鋁涂層。上述去除鈦合金零件表面油漬是將鈦合金零件置入超聲波清洗設(shè)備中20 40分 鐘后取出干燥。上述去除鈦合金零件表面油漬是將鈦合金零件置入超聲波清洗設(shè)備中30分鐘后 取出干燥。前述對鈦合金零件進行氬等離子濺射清洗是將鈦合金零件置入大功率中頻磁控 濺射設(shè)備的真空室內(nèi)，抽真空至3. 6X 10_3Pa，通入1 2Pa氬氣，對鈦合金零件進行氬等離 子濺射清洗8 12分鐘。上述對鈦合金零件進行氬等離子濺射清洗是將鈦合金零件置入大功率中頻磁控 濺射設(shè)備的真空室內(nèi)，抽真空至3. 6X 10_3Pa，通入1 2Pa氬氣，對鈦合金零件進行氬等離 子濺射清洗10分鐘。上述氬等離子濺射是在鈦合金零件上施加-1500V的偏壓，使零件與氬氣之間產(chǎn) 生輝光放電，由輝光放電形成的氬等離子體對鈦合金零件進行氬等離子體濺射清洗。
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前述在鈦合金零件上沉積鋁涂層是將鈦合金零件置入大功率中頻磁控濺射設(shè) 備的真空室內(nèi)的同時將99. 9%的純鋁也置入真空室作為靶材；對靶材施加8 12A的 電流進行預(yù)濺射清洗4 6分鐘，除去靶材表面的氧化物等雜質(zhì)；將氬氣壓強調(diào)整至 0. 5X ICT1Pa 6X ICT1Pa,在零件上施加0 -500V的負偏壓，在靶材上施加800V的濺射電 壓，在< 200°C的溫度下沉積1 3小時，在鈦合金零件上沉積出厚度為3 12微米的鋁涂 層；然后依次關(guān)閉靶電源，負偏壓和氬氣流量控制系統(tǒng)。上述沉積鋁涂層是在將鈦合金零件置入真空室的同時將99. 9%的純鋁也置入真 空室作為靶材；對靶材施加IOA的電流進行預(yù)濺射清洗5分鐘，除去靶材表面的氧化物等雜 質(zhì)；將氬氣壓強調(diào)整至IiT1Pa 6 X KT1Pa,在零件上施加150 500V的負偏壓，在靶材上 施加800V的濺射電壓，在180°C的溫度下沉積2. 5小時，在鈦合金零件上沉積出厚度為3 5微米的鋁涂層；然后依次關(guān)閉靶電源，負偏壓和氬氣流量控制系統(tǒng)。在上述的沉積鋁涂層步驟之后，再對鈦合金零件進行鉻酸鹽處理得更優(yōu)異的金黃 色高耐腐蝕性鋁涂層；所述的鉻酸鹽處理是將沉積鋁涂層后的鈦合金零件置入30 40°C 的鉻酸鹽處理液中浸泡8 12秒后取出。上述的鉻酸鹽處理是將沉積鋁涂層后的鈦合金零件置入30 40°C的鉻酸鹽處理 液中浸泡10秒后取出。由于采用了上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過調(diào)整鋁涂層沉積過程中 的濺射功率，在鈦合金零件表面低溫制備高純度、高耐腐蝕性的鋁涂層。在一定的濺射功 率作用下，由于離子速度增大，具有更高的能量，離子轟擊零件的能量較大，提高鋁涂層與 零件表面的結(jié)合力，通過施加一定的脈沖偏壓和沉積時間，緩慢減小零件表面溫升，可使涂 層表面缺陷、孔隙率和應(yīng)力進一步減小，耐腐蝕性能明顯提高，結(jié)合力進一步增強，同時溫 度保持在低溫狀態(tài)(<20(TC)。避免結(jié)合力差，致密度低，耐蝕性不足?？杀苊猬F(xiàn)有技術(shù)在 300 400°C沉積厚度不均勻，達不到鈦合金零件鋁涂層綜合性能的問題。本發(fā)明工藝簡 單，成本低廉，制作方便。本發(fā)明制備的鋁涂層厚度大、致密度高、表面光潔、抗腐蝕能力強、 鋁涂層與零件的結(jié)合強度高、厚度均勻性好，在制備過程中零件不易碰傷。本方法制備的鋁涂層通過504h中性鹽霧試驗后，鋁涂層無明顯變化，金相圖譜顯 示，鋁涂層厚度均勻，鈦合金的金相組織結(jié)構(gòu)正常，表示通過本發(fā)明的方法，未影響鈦合金 零件內(nèi)部的金相組織結(jié)構(gòu)，保持了鈦合金原有的優(yōu)異性能。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的說明。實施時，先去除零件表面油漬后，采用大功率中頻磁控濺射設(shè)備按下述步驟對零 件進行鋁涂層制備對零件進行氬等離子濺射清洗一沉積鋁涂層；所述的零件均指鈦合金零件。所述去除零件表面油漬是將零件置入超聲波清洗設(shè)備中20 40分鐘后取出干燥。所述對零件進行氬等離子濺射清洗是將零件置入大功率中頻磁控濺射設(shè)備的真 空室內(nèi)，抽真空至3. 6 X IO-3Pa,通入1 2Pa氬氣，對零件進行氬等離子濺射清洗8 12分 鐘。所述氬等離子濺射是在零件上施加-1500V的偏壓，使零件與氬氣之間產(chǎn)生輝光放電，由輝光放電形成的氬等離子體對零件進行氬等離子體濺射清洗。 所述沉積鋁涂層是在將零件置入真空室的同時將99. 9%的純鋁也置入真空室作 為靶材；對靶材施加8 12A的電流進行預(yù)濺射清洗4 6分鐘，除去靶材表面的氧化物等 雜質(zhì)；將氬氣壓強調(diào)整至0. 5 X ICT1Pa 6 X ICT1Pa,在零件上施加0 -500V的負偏壓，在 靶材上施加800V的濺射電壓，在< 200°C的溫度下沉積1 3小時，在鈦合金零件上沉積出 厚度為3 12微米的鋁涂層；然后依次關(guān)閉靶電源，負偏壓和氬氣流量控制系統(tǒng)。
在所述的沉積鋁涂層步驟之后，可以再對零件進行鉻酸鹽處理得更優(yōu)異的金黃色 高耐腐蝕性鋁涂層；所述的鉻酸鹽處理是將沉積鋁涂層后的零件置入30 40°C的鉻酸鹽 處理液中浸泡8 12秒后取出。以下列舉一些本發(fā)明的特例，并不作為對本發(fā)明的任何限制依據(jù)。實施例1 一種在鈦合金零件上制備高純度耐腐蝕鋁涂層的方法，采用大功率中 頻磁控濺射設(shè)備進行，其具體作法是
A、清洗將經(jīng)過超聲波除油和干燥后的鈦合金零件800件置于真空室內(nèi)，以99.9%的 純鋁作為靶材，關(guān)閉真空室，抽真空至3. 6X 10 3Pa時，通入氬氣，使真空室中氣壓達到 1 2Pa，打開偏壓電源，在零件上施加-1500V的偏壓，輝光放電形成氬等離子體，對零件進 行氬等離子體濺射清洗10分鐘；打開靶電源；
B、沉積鋁涂層清洗完成后，調(diào)整氬氣壓強，壓強為0.5X 10 lPa 6X 10 IPa的 氬氣；在零件上加-200V的負偏壓，打開靶濺射電源，設(shè)置濺射電壓為800V，時間為2. 5小 時，沉積溫度180°C，沉積出厚度為3 5微米的鋁涂層；然后依次關(guān)閉靶電源，偏壓源和氬 氣流量控制系統(tǒng)。C、繼續(xù)充氬氣，抽真空50min，待溫度降至40°C，取出產(chǎn)品。D、鋁涂層后處理按相關(guān)要求需要進行鉻酸鹽處理，將沉積鋁涂層后的產(chǎn)品置于 鉻酸鹽處理液(30 40°C)，時間10s，得到金黃色高耐腐蝕性鋁涂層。實施例2 10
實施例2 10與實施例1的方法基本相同，所不同的是在鋁涂層沉積的過程中，零件 偏壓幅值設(shè)置不同，濺射電流與沉積時間不同，沉積得到的厚度不同，其具體數(shù)值如下表所 示
實施例2 10沉積鋁涂層的參數(shù)設(shè)置
注涂層厚度采用千分尺(0. OOlmm)測量零件螺紋尾端離桿徑Icm處，測試涂覆前后桿 徑尺寸，然后相減求取平均值。
權(quán)利要求
一種在鈦合金零件上制備高純度耐腐蝕鋁涂層的方法，其特征在于按下述步驟對鈦合金零件制備鋁涂層去除鈦合金零件表面油漬→對鈦合金零件進行氬等離子濺射清洗→在鈦合金零件上沉積鋁涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在鈦合金零件上制備高純度耐腐蝕鋁涂層的方法，其特征在 于所述去除鈦合金零件表面油漬是將鈦合金零件置入超聲波清洗設(shè)備中20 40分鐘后 取出干燥。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的在鈦合金零件上制備高純度耐腐蝕鋁涂層的方法，其特征在 于所述去除鈦合金零件表面油漬是將鈦合金零件置入超聲波清洗設(shè)備中30分鐘后取出 干燥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在鈦合金零件上制備高純度耐腐蝕鋁涂層的方法，其特征在 于所述對鈦合金零件進行氬等離子濺射清洗是將鈦合金零件置入大功率中頻磁控濺射設(shè) 備的真空室內(nèi)，抽真空至3. 6X 10_3Pa，通入1 2Pa氬氣，對鈦合金零件進行氬等離子濺射 清洗8 12分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的在鈦合金零件上制備高純度耐腐蝕鋁涂層的方法，其特征在 于所述對鈦合金零件進行氬等離子濺射清洗是將鈦合金零件置入大功率中頻磁控濺射設(shè) 備的真空室內(nèi)，抽真空至3. 6X 10_3Pa，通入1 2Pa氬氣，對鈦合金零件進行氬等離子濺射 清洗10分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的在鈦合金零件上制備高純度耐腐蝕鋁涂層的方法，其特 征在于所述氬等離子濺射是在鈦合金零件上施加-1500V的偏壓，使零件與氬氣之間產(chǎn)生 輝光放電，由輝光放電形成的氬等離子體對鈦合金零件進行氬等離子體濺射清洗。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在鈦合金零件上制備高純度耐腐蝕鋁涂層的方法，其特征 在于所述在鈦合金零件上沉積鋁涂層是將鈦合金零件置入大功率中頻磁控濺射設(shè)備的真 空室內(nèi)的同時將99. 9%的純鋁也置入真空室作為靶材；對靶材施加8 12A的電流進行預(yù) 濺射清洗4 6分鐘，除去靶材表面的氧化物等雜質(zhì)；將氬氣壓強調(diào)整至0. 5X10^8 6X K^Pa，在零件上施加0 -500V的負偏壓，在靶材上施加800V的濺射電壓，在< 200°C 的溫度下沉積1 3小時，在鈦合金零件上沉積出厚度為3 12微米的鋁涂層；然后依次 關(guān)閉靶電源，負偏壓和氬氣流量控制系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的在鈦合金零件上制備高純度耐腐蝕鋁涂層的方法，其特征在 于所述沉積鋁涂層是在將鈦合金零件置入真空室的同時將99. 9%的純鋁也置入真空室作 為靶材；對靶材施加10A的電流進行預(yù)濺射清洗5分鐘，除去靶材表面的氧化物等雜質(zhì)；將 氬氣壓強調(diào)整至K^Pa eXlO—ipa，在零件上施加150 500V的負偏壓，在靶材上施加 800V的濺射電壓，在180°C的溫度下沉積2. 5小時，在鈦合金零件上沉積出厚度為3 5微 米的鋁涂層；然后依次關(guān)閉靶電源，負偏壓和氬氣流量控制系統(tǒng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在鈦合金零件上制備高純度耐腐蝕鋁涂層的方法，其特征在 于在所述的沉積鋁涂層步驟之后，再對鈦合金零件進行鉻酸鹽處理得更優(yōu)異的金黃色高 耐腐蝕性鋁涂層；所述的鉻酸鹽處理是將沉積鋁涂層后的鈦合金零件置入30 40°C的鉻 酸鹽處理液中浸泡8 12秒后取出。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的在鈦合金零件上制備高純度耐腐蝕鋁涂層的方法，其特征 在于所述的鉻酸鹽處理是將沉積鋁涂層后的鈦合金零件置入30 40°C的鉻酸鹽處理液中浸泡10秒后取出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在鈦合金零件上制備高純度耐腐蝕鋁涂層的方法。該方法采用大功率中頻磁控濺射設(shè)備按下述步驟制備去除零件表面油漬→對零件進行氬等離子濺射清洗→沉積鋁涂層；所述的零件均指鈦合金零件。本發(fā)明通過調(diào)整不同的工藝參數(shù)而達到調(diào)節(jié)涂層厚度、致密度、結(jié)合力、涂覆溫度等綜合性能，可以在鈦合金零件表面沉積一層綜合性能優(yōu)良的鋁涂層，以滿足批量鈦合金零件兩面形成的鋁涂層的綜合性能。
文檔編號C23C14/02GK101892459SQ20101016193
公開日2010年11月24日 申請日期2010年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月4日
發(fā)明者胡隆偉, 詹興剛, 陳暢子 申請人:貴州航天精工制造有限公司