用于航空器的高强度硬铝合金及其制备方法与流程

本发明涉及一种高强度硬铝合金，尤其是涉及一种用于航空器的高强度硬铝合金，属于航空器零部件设计制造。本发明还涉及一种制备(铝合金表面磁控溅射法制备防腐膜层相关)所述用于航空器铝合金表面防腐膜层制备方法。

背景技术：

1、2024铝合金是一种高强度硬铝合金，但是由于其抗腐蚀性不高的特点，限制了其进一步应用。因此，对铝合金腐蚀的控制是当前亟待解决的重要问题。对于铝合金部件，在表面覆盖保护涂层或薄膜等是常用的防腐方法。保护层使铝合金部件与周围腐蚀介质隔离，从而达到防止腐蚀的目的，它无需大规模更换基体零件，可应用于多种材料。过渡金属氮化物涂层因其出色的保护性能如高硬度、优异的耐腐蚀性而备受关注。

2、公开号为cn201610294033.0，主题名称为一种利用磁控溅射法在铝合金表面制备tin或crn薄膜的方法的专利，使用ti、cr金属靶,在铝合金表面分别制备含ti和cr原子过渡层的tin和crn薄膜。此方法不仅保证了铝合金基体的自身强度,同时也提高了铝合金表面的耐蚀性，但耐腐蚀性能提升有限。对于航天工程材料轻量化、高强度、耐腐蚀的要求，制备更高硬度与更优异耐腐蚀防护涂层具有广阔的科学和应用价值。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：提供一种耐腐蚀性优良，能有效保护航空器关键装备部件的用于航空器的高强度硬铝合金，以及一种制备所述用于航空器的高强度硬铝合金的制备方法。

2、为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于航空器的高强度硬铝合金，包括高强度硬铝合金本体，所述的高强度硬铝合金还包括防腐过渡基础层和复合功能覆盖层，防腐过渡基础层和复合功能覆盖层由内向外顺序的附着在高强度硬铝合金本体的表面上，

3、其中，复合功能覆盖层为al2o3与crn的交替溅射覆盖层。

4、进一步的是，交替溅射的al2o3与crn覆盖层包括一层al2o3覆盖层加一层crn覆盖层为一个周期的溅射复合层，覆盖在防腐过渡基础层外的溅射复合层至少两层。

5、上述方案的优选方式是，每一个溅射复合层中的al2o3覆盖层的厚度为10～50nm，每一个溅射复合层中的crn覆盖层的厚度为50～250nm。

6、进一步的是，防腐过渡基础层为溅射在高强度硬铝合金本体表面上的crn覆盖层。

7、上述方案的优选方式是，包覆在高强度硬铝合金本体表面上的防腐过渡基础层和复合功能覆盖层的总厚度为2～5μm。

8、制备所述用于航空器的高强度硬铝合金的制备方法，其特征在于：所述的制备方法以清洗吹干后的高强度硬铝合金基片为础基，在真空条件下通过先溅射crn覆盖层，然后以覆盖有crn溅射层的高强度硬铝合金基片为过程坯件，在crn溅射层外溅射至少两个周期的al2o3与crn的溅射复合层，直到完成整个规定厚度的防腐过渡基础层和复合功能覆盖层。

9、进一步的是，高强度硬铝合金基片的清洗吹干包括无水乙醇和去离子水分别清洗与吹干的基体预处理和磁控溅射设备腔室中的偏压清洗，基体预处理过程中高强度硬铝合金基片在无水乙醇和去离子水中分别清洗至少20分钟，取出迅速吹干；偏压清洗过程中，先将磁控溅射设备腔室抽真空至4×10-3pa，然后再按50sccm的流量通入高纯度氩气，并将磁控溅射设备腔体压强控制在4.0～4.5pa，调节工件偏压为-920v，清洗15～30分钟完成偏压清洗工作。

10、上述方案的优选方式是，偏压清洗完成后，再开启磁控溅射设备进行crn覆盖层溅射，所述的crn覆盖层溅射包括靶材清洗的预溅射和crn覆盖层沉积的沉积溅射。

11、进一步的是，预溅射的参数按下述要求控制，开启靶电源，调节cr靶和al2o3靶功率分别为100-150w和100-120w，进行10-15分钟的靶材清洗；crn覆盖层沉积溅射的参数按下述要求控制，保持cr靶开启，功率为100-150w,关闭al2o3靶，保持氩气流量为50sccm，调节高纯氮气流量为12-20sccm，控制腔室压强为0.5～0.6pa，偏压为-80v，沉积1～3μm crn过渡层。

12、上述方案的优选方式是，沉积各层溅射复合层时是按下述步骤进行的，

13、1)关闭cr靶和氮气，保持氩气流量50sccm，开启al2o3靶功率为100-120w，在crn层上沉积10～50nm的al2o3薄膜；

14、2)关闭al2o3靶，开启cr靶功率为100-150w，调节氮气流量为12-20sccm，沉积出50～250nm crn薄膜；

15、3)以1)中al2o3与2)中crn为一个调制周期，在crn过渡层上沉积不同调制周期，获得crn/al2o3交替覆盖的多层al2o3与crn覆盖层的复合薄膜层。

16、本发明的有益效果是：本申请提供的技术方案以现有的高强度硬铝合金本体为基础，通过增加设置防腐过渡基础层和复合功能覆盖层构成本申请所述的高强度硬铝合金，并使防腐过渡基础层和复合功能覆盖层由内向外顺序的附着在高强度硬铝合金本体的表面上，其中复合功能覆盖层为al2o3与crn的交替溅射覆盖层；在具体的制备过程中，以清洗吹干后的高强度硬铝合金基片为础基，在真空条件下通过先溅射crn覆盖层，然后以覆盖有crn溅射层的高强度硬铝合金基片为过程坯件，在crn溅射层外溅射至少两个周期的al2o3与crn的溅射复合层，直到完成整个规定厚度的防腐过渡基础层和复合功能覆盖层。本申请提供技术方案充分利用了以下的制备原理以及制备设备，在以2024铝合金为代表的高强度硬铝合金上设计了一种新的“基础过渡层+功能多层”crn/al2o3复合薄膜，即在较厚crn过渡层基础上继续沉积了具有不同周期的al2o3/crn多层薄膜，使其具有更为优异的耐腐蚀性，从而有效保护关键装备部件。其基础原理以及制备设备如下，物理气相沉积法是制备涂层材料的重要方法，该法沉积温度低，薄膜成分和厚度易于控制、均匀性和重复性好，适用于多种基底材料的表面涂层处理。其中利用磁控溅射技术制备的crn薄膜通常以柱状结构生长，在腐蚀环境中，介质容易渗透到柱状结构中，并进一步侵蚀基体材料。改变成分与结构通常是调控材料性能的两大方法，al2o3作为氧化物陶瓷材料，具有优异的化学稳定性和耐腐蚀性，与crn物理化学特性相近，在crn上沉积al2o3层可阻断crn层的柱状生长，提升耐蚀性。多层结构能够阻断柱状结构的生长，抑制腐蚀介质的扩散通道，以提高涂层的腐蚀性能。此外，多层结构中的界面可以抑制裂纹的产生和扩展，从而改善薄膜的机械性能。因此制备多层薄膜可提高耐蚀性，常见于通过改变调制周期或调制比以优化性能。

技术特征：

1.用于航空器的高强度硬铝合金，包括高强度硬铝合金本体，其特征在于：所述的高强度硬铝合金还包括防腐过渡基础层和复合功能覆盖层，防腐过渡基础层和复合功能覆盖层由内向外顺序的附着在高强度硬铝合金本体的表面上，

2.根据权利要求1所述的用于航空器铝合金表面防腐膜层制备，其特征在于：交替溅射的al2o3与crn覆盖层包括一层al2o3覆盖层加一层crn覆盖层为一个周期的溅射复合层，覆盖在防腐过渡基础层外的溅射复合层至少两层。

3.根据权利要求2所述的用于航空器铝合金表面防腐膜层制备，其特征在于：每一个溅射复合层中的al2o3覆盖层的厚度为10～50nm，每一个溅射复合层中的crn覆盖层的厚度为50～250nm。

4.根据权利要求1、2或3所述的用于航空器铝合金表面防腐膜层制备，其特征在于：防腐过渡基础层为溅射在高强度硬铝合金本体表面上的crn覆盖层。

5.根据权利要求4所述的用于航空器铝合金表面防腐膜层制备，其特征在于：包覆在高强度硬铝合金本体表面上的防腐过渡基础层和复合功能覆盖层的总厚度为2～5μm。

6.制备权利要求5所述用于航空器铝合金表面防腐膜层制备，其特征在于：所述的制备方法以清洗吹干后的高强度硬铝合金基片为基础，在真空条件下通过先溅射crn覆盖层，然后以覆盖有crn溅射层的高强度硬铝合金基片为过程坯件，在crn溅射层外溅射至少两个周期的al2o3与crn的溅射复合层，直到完成整个规定厚度的防腐过渡基础层和复合功能覆盖层。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：高强度硬铝合金基片的清洗吹干包括无水乙醇和去离子水分别清洗与吹干的基体预处理和磁控溅射设备腔室中的偏压清洗，基体预处理过程中高强度硬铝合金基片在无水乙醇和去离子水中分别清洗至少20分钟，取出迅速吹干；偏压清洗过程中，先将磁控溅射设备腔室抽真空至4×10-3pa，然后再按50sccm的流量通入高纯度氩气，并将磁控溅射设备腔体压强控制在4.0～4.5pa，调节工件偏压为-920v，清洗15～30分钟完成偏压清洗工作。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：偏压清洗完成后，再开启磁控溅射设备进行crn覆盖层溅射，所述的crn覆盖层溅射包括靶材清洗的预溅射和crn覆盖层沉积的沉积溅射。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：预溅射的参数按下述要求控制，开启靶电源，调节cr靶和al2o3靶功率分别为100-150w和100-120w，进行10-15分钟的靶材清洗；crn覆盖层沉积溅射的参数按下述要求控制，保持cr靶开启，功率为100-150w,关闭al2o3靶，保持氩气流量为50sccm，调节高纯氮气流量为12-20sccm，控制腔室压强为0.5～0.6pa，偏压为-80v，沉积1～3μm crn过渡层。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：沉积各层溅射复合层时是按下述步骤进行的，

技术总结本发明公开了一种用于航空器的高强度硬铝合金及其制备方法，属于磁控溅射法制备膜层领域。提供一种耐腐蚀性优良，能有效保护航空器关键装备部件的用于航空器的高强度硬铝合金及其制备方法。所述的高强度硬铝合金，包括高强度硬铝合金本体，所述的高强度硬铝合金还包括防腐过渡基础层和复合功能覆盖层，防腐过渡基础层和复合功能覆盖层由内向外顺序的附着在高强度硬铝合金本体的表面上，复合功能覆盖层为Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;与CrN的交替溅射覆盖层。所述制备方法以清洗吹干后的高强度硬铝合金基片为基础，通过先溅射CrN覆盖层，然后再在CrN溅射层外溅射至少两个周期的Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;与CrN的溅射复合层，直到完成整个规定厚度的防腐过渡基础层和复合功能覆盖层。技术研发人员：张晓林,章凡勇,丁一,唐华东,李克强,陈欣受保护的技术使用者：中航成飞民用飞机有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/6/2