本發(fā)明涉及金屬表面處理，尤其涉及一種金屬表面水射流強化層及其制備方法和一種復合抗沖蝕層。

背景技術(shù)：

1、直升機等航空器在沙漠地帶飛行服役時，其葉片易因砂石沖擊造成破壞，嚴重影響飛航安全。為提升葉片抗沖蝕性能，表面改性是一項經(jīng)濟有效的措施，其中，涂層是表面改性提升金屬材料耐沖蝕性能的主要研究方向。如今涂層已存在多層或梯度多層結(jié)構(gòu)設(shè)計用于提高葉片抗沖蝕能力。然而，現(xiàn)有的涂層仍然存在諸多問題，例如，涂層與基材結(jié)合強度較弱，存在整體剝落的風險；較薄涂覆厚度無法保證涂層耐久性；涂層中存在的孔洞易成為疲勞裂紋源，降低涂層的耐疲勞性能。

2、相比涂層方法，表面機械研磨、噴丸、激光沖擊、超聲滾壓等機械表面改性工藝在提升材料抗沖蝕性能方面也逐漸引起關(guān)注。機械表面改性技術(shù)可以在金屬材料表層引入殘余壓應(yīng)力、塑性變形層等，從而“硬化”材料表層，達到提高金屬表面抗沖蝕性能的目的。但傳統(tǒng)噴丸工藝、激光沖擊等工藝雖然能引入較高殘余壓應(yīng)力，但是會惡化材料表面質(zhì)量，如高能激光束會對表面造成燒蝕，噴丸丸粒會造成表面凹坑等。超聲滾壓工藝由于受強化頭輥子或滾珠的限制難以對復雜構(gòu)件及受限空間下進行強化，所以對發(fā)動機整體葉盤的滾壓加工較難以實現(xiàn)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種金屬表面水射流強化層及其制備方法和一種復合抗沖蝕層。本發(fā)明提供的制備方法可以在復雜形狀金屬表面形成質(zhì)量良好的硬化層，提高金屬的抗沖蝕性能，同時可以提高金屬與抗沖蝕涂層的結(jié)合力，進一步提高金屬的抗沖蝕性能。

2、為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種金屬表面水射流強化層的制備方法，包括：采用磨料水射流對金屬基體表面進行強化處理，得到金屬表面水射流強化層；

4、所述磨料水射流的靶距為2～5cm；

5、所述磨料水射流的壓強為120～200mpa。

6、優(yōu)選地，所述磨料水射流的磨料粒徑為60～150μm。

7、本發(fā)明提供了上述技術(shù)方案所述制備方法制備得到的金屬表面水射流強化層；所述金屬表面水射流強化層的表面粗糙度＜0.4μm。

8、優(yōu)選地，所述金屬表面水射流強化層的厚度為10～50μm。

9、本發(fā)明提供了一種復合抗沖蝕層，包括金屬表面水射流強化層和復合抗沖蝕涂層；所述金屬表面水射流強化層為上述技術(shù)方案所述的金屬表面水射流強化層。

10、優(yōu)選地，所述復合抗沖蝕涂層的層數(shù)為8～20層；所述復合抗沖蝕涂層的總厚度≤20μm。

11、優(yōu)選地，所述復合抗沖蝕涂層包括軟質(zhì)抗沖蝕涂層和硬質(zhì)抗沖蝕涂層；所述軟質(zhì)抗沖蝕涂層和硬質(zhì)抗沖蝕涂層交替排列。

12、優(yōu)選地，所述每層軟質(zhì)抗沖蝕涂層和每層硬質(zhì)抗沖蝕涂層的厚度比獨立地為1：(17～20)。

13、本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述復合抗沖蝕層的制備方法，包括：將金屬表面水射流強化層預處理后進行氣相沉積，得到復合抗沖蝕層。

14、優(yōu)選地，所述預處理包括依次進行的超聲清洗、干燥和離子刻蝕。

15、本發(fā)明提供了一種金屬表面水射流強化層的制備方法，包括：采用磨料水射流對金屬基體表面進行強化處理，得到金屬表面水射流強化層；所述磨料水射流的靶距為2～5cm；所述磨料水射流的壓強為120～200mpa。本發(fā)明采用磨料水射流對金屬基體表面進行強化處理，磨料水射流不僅可以實現(xiàn)對復雜形狀金屬表面的處理，還可以利用磨料水射流細化金屬表層組織，并在金屬表面引入殘余壓應(yīng)力，可以有效抑制疲勞裂紋萌生及擴展，提升材料抗疲勞性能；通過控制磨料水射流的靶距和壓強來調(diào)控射流沖擊力，改善金屬表面質(zhì)量，降低金屬表面粗糙度，并進一步提升金屬基體表層硬度，減少抗沖蝕涂層與金屬基體之間的硬度差，進而提高金屬與抗沖蝕層的結(jié)合力，提高金屬的抗沖蝕性能。實施例結(jié)果表明，本發(fā)明提供的制備方法得到的金屬表面水射流強化層的表面粗糙度＜0.4μm，金屬表面水射流強化層的硬度為450hv，相比于金屬基體提高了約30％，金屬表面水射流強化層與抗沖蝕涂層的結(jié)合力不低于50n，能夠與抗沖蝕層形成牢固的結(jié)合。

16、本發(fā)明通過金屬表面水射流強化層與復合抗沖蝕涂層復合得到復合抗沖蝕層，利用金屬表面水射流強化層可以提高金屬基體的硬度，減少復合抗沖蝕涂層與金屬基體之間的硬度差，同時利用金屬表面水射流強化層具有的良好粗糙度(粗糙度低)，提高復合抗沖蝕涂層與金屬基體的結(jié)合力，使復合抗沖蝕層具有良好的抗沖蝕性能。

技術(shù)特征：

1.一種金屬表面水射流強化層的制備方法，包括：采用磨料水射流對金屬基體表面進行強化處理，得到金屬表面水射流強化層；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述磨料水射流的磨料粒徑為60～150μm。

3.權(quán)利要求1或2所述制備方法制備得到的金屬表面水射流強化層，所述金屬表面水射流強化層的表面粗糙度＜0.4μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬表面水射流強化層，其特征在于，所述金屬表面水射流強化層的厚度為10～50μm。

5.一種復合抗沖蝕層，包括金屬表面水射流強化層和復合抗沖蝕涂層；所述金屬表面水射流強化層為權(quán)利要求3或4所述的金屬表面水射流強化層。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復合抗沖蝕層，其特征在于，所述復合抗沖蝕涂層的層數(shù)為8～20層；所述復合抗沖蝕涂層的總厚度≤20μm。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復合抗沖蝕層，其特征在于，所述復合抗沖蝕涂層包括軟質(zhì)抗沖蝕涂層和硬質(zhì)抗沖蝕涂層；所述軟質(zhì)抗沖蝕涂層和硬質(zhì)抗沖蝕涂層交替排列。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的復合抗沖蝕層，其特征在于，所述每層軟質(zhì)抗沖蝕涂層和每層硬質(zhì)抗沖蝕涂層的厚度比獨立地為1：(17～20)。

9.權(quán)利要求5～8任意一項所述復合抗沖蝕層的制備方法，包括：將金屬表面水射流強化層預處理后進行氣相沉積，得到復合抗沖蝕層。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于，所述預處理包括依次進行的超聲清洗、干燥和離子刻蝕。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種金屬表面水射流強化層及其制備方法和一種復合抗沖蝕層，屬于金屬表面處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提供的金屬表面強化層的制備方法包括：采用磨料水射流對金屬基體表面進行強化處理，得到金屬表面強化層；所述磨料水射流的靶距為2～5cm；所述磨料水射流的壓強為120～200Mpa。本發(fā)明提供的制備方法得到的金屬表面強化層的表面粗糙度＜0.4μm，金屬表面強化層的硬度為450Hv，相比于金屬基體提高了30％，金屬表面強化層與抗沖蝕涂層的結(jié)合力不低于50N，能夠與抗沖蝕層形成牢固的結(jié)合。

技術(shù)研發(fā)人員：張顯程,張開明,姚樹磊,遲雨欣,朱賢皓,賈云飛,涂善東
受保護的技術(shù)使用者：華東理工大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19