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(qiáng)化層及其制備方法和一種復(fù)合抗沖蝕層。

背景技術(shù)：

1、直升機(jī)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(yán)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(jì)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(qiáng)度較弱，存在整體剝落的風(fēng)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(jī)械研磨、噴丸、激光沖擊、超聲滾壓等機(jī)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(jī)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(dá)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(qiáng)化頭輥子或滾珠的限制難以對復(fù)雜構(gòu)件及受限空間下進(jìn)行強(qiáng)化，所以對發(fā)動機(jī)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(qiáng)化層及其制備方法和一種復(fù)合抗沖蝕層。本發(fā)明提供的制備方法可以在復(fù)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(jìn)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(qiáng)化層的制備方法，包括：采用磨料水射流對金屬基體表面進(jìn)行強(qiáng)化處理，得到金屬表面水射流強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)化層；所述金屬表面水射流強(qiáng)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(qiáng)化層的厚度為10～50μm。

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

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

11、優(yōu)選地，所述復(fù)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(fù)合抗沖蝕層的制備方法，包括：將金屬表面水射流強(qiáng)化層預(yù)處理后進(jìn)行氣相沉積，得到復(fù)合抗沖蝕層。

14、優(yōu)選地，所述預(yù)處理包括依次進(jìn)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(qiáng)化層的制備方法，包括：采用磨料水射流對金屬基體表面進(jìn)行強(qiáng)化處理，得到金屬表面水射流強(qiáng)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(qiáng)為120～200mpa。本發(fā)明采用磨料水射流對金屬基體表面進(jìn)行強(qiáng)化處理，磨料水射流不僅可以實現(xiàn)對復(fù)雜形狀金屬表面的處理，還可以利用磨料水射流細(xì)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(kuò)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(qiáng)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(jìn)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(jìn)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(qiáng)化層的表面粗糙度＜0.4μm，金屬表面水射流強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)化層與復(fù)合抗沖蝕涂層復(fù)合得到復(fù)合抗沖蝕層，利用金屬表面水射流強(qiáng)化層可以提高金屬基體的硬度，減少復(fù)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(qiáng)化層具有的良好粗糙度(粗糙度低)，提高復(fù)合抗沖蝕涂層與金屬基體的結(jié)合力，使復(fù)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(qiáng)化層的制備方法，包括：采用磨料水射流對金屬基體表面進(jìn)行強(qiáng)化處理，得到金屬表面水射流強(qiáng)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(qiáng)化層，所述金屬表面水射流強(qiáng)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(qiáng)化層，其特征在于，所述金屬表面水射流強(qiáng)化層的厚度為10～50μm。

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

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合抗沖蝕層，其特征在于，所述復(fù)合抗沖蝕涂層的層數(shù)為8～20層；所述復(fù)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(fù)合抗沖蝕層，其特征在于，所述復(fù)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(fù)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(fù)合抗沖蝕層的制備方法，包括：將金屬表面水射流強(qiáng)化層預(yù)處理后進(jìn)行氣相沉積，得到復(fù)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(yù)處理包括依次進(jìn)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(qiáng)化層及其制備方法和一種復(fù)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(qiáng)化層的制備方法包括：采用磨料水射流對金屬基體表面進(jìn)行強(qiáng)化處理，得到金屬表面強(qiáng)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(qiáng)為120～200Mpa。本發(fā)明提供的制備方法得到的金屬表面強(qiáng)化層的表面粗糙度＜0.4μm，金屬表面強(qiáng)化層的硬度為450Hv，相比于金屬基體提高了30％，金屬表面強(qiáng)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(hù)的技術(shù)使用者：華東理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19