專利名稱：一種碳化鈦/氮化鈦納米多層涂層葉輪及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料涂層領(lǐng)域和化學(xué)工業(yè)用耐腐蝕泵領(lǐng)域，特別涉及一種碳化鈦/氮化鈦納米多層涂層葉輪及其制備工藝。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)的飛速發(fā)展和環(huán)保治理的加強，腐蝕性和含灰渣液體用離心泵輸送越來越多。目前，廣泛用于化工、石油、制藥、農(nóng)藥、酸洗、染料、油漆、冶煉、造紙、電鍍、礦山、冶金、食品等行業(yè)輸送液體的離心泵有許多種，對于輸送腐蝕介質(zhì)的離心泵的耐腐蝕問題一直是廣大科技工作者關(guān)注的問題?，F(xiàn)有的耐腐蝕泵主要采用鈦合金、不銹鋼、玻璃鋼、硅鐵、氟塑料、超高分子量聚乙烯等耐腐蝕材料制成。其中有的材料價格較貴，有的材料制造工藝復(fù)雜，尤其是有的材料對強腐蝕介質(zhì)的抗腐蝕性差或在熱加工過程中產(chǎn)生劇毒物質(zhì)，降低了其使用壽命并嚴(yán)重影響了耐腐蝕泵的推廣應(yīng)用。耐腐蝕泵在工作過程中，葉輪表面會受到因汽蝕、腐蝕、沖蝕磨損等破壞,葉片會逐漸磨薄、產(chǎn)生腐蝕坑，甚至出現(xiàn)缺口。這些坑和缺口會慢慢擴大造成結(jié)構(gòu)性破壞，同時嚴(yán)重降低泵的運行效率，最終導(dǎo)致葉輪報廢。為提高葉輪的使用壽命，各種表面技術(shù)得到普遍應(yīng)用，涂層技術(shù)由于工藝靈活、噴涂材料和涂層厚度選擇范圍廣、生產(chǎn)效率高等特點，既能提供耐磨、耐蝕、耐氧化、耐高溫等不同功能的涂層，又能將零件的尺寸恢復(fù)和表面功能強化結(jié)合起來，因此得到廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有耐腐蝕泵葉輪材料的上述不足，并克服涂層與葉輪基體結(jié)合強度小的不足，提供一種碳化鈦/氮化鈦納米多層涂層葉輪及其制備工藝，提高葉輪的耐腐蝕性能，與現(xiàn)有技術(shù)相比，該方法具有節(jié)能、制造工藝簡單、制造成本低等優(yōu)點，可明顯提高葉輪的使用性能和使用壽命，最大程度的降低葉輪在使用過程中的腐蝕和磨損速度，從而有效延長耐腐蝕泵的維修周期。本發(fā)明通過以下方式實現(xiàn):
一種碳化鈦/氮化鈦納米多層涂層葉輪及其制備方法，葉輪基體3材料為25鋼，涂層為碳化鈦和氮化鈦，葉輪基體表面為氮化鈦涂層1，為了提高氮化鈦與葉輪基體之間的結(jié)合強度，葉輪基體3與氮化鈦涂層I之間含有一層黏性碳化鈦過渡層2。制備所述的碳化鈦/氮化鈦納米多層涂層葉輪的方法是:沉積方式為電弧離子鍍沉積30(T400nm的碳化鈦過渡層,然后沉積厚度為40(T500nm的氮化鈦,具體步驟如下:
(1)前處理:采用水砂紙將葉輪基體表面拋光，去除表面油污、銹跡等雜質(zhì)，采用封閉式噴砂機對拋光后的葉輪基體進行噴砂粗化處理，并用流體拋光機拋光去除表面的磁性，然后依次放入酒精和丙酮中，在5(T60°C的溫度下超聲波清洗各30min，放入烘箱干燥20min后迅速放入鍍膜機，抽真空至5.0X 10_3Pa，加熱至400°C，保溫25 30min ；
(2)離子清洗:通氬氣，其壓力為2Pa，開啟偏壓電源，電壓800V，占空比0.2，輝光放電清洗35min ;降低偏壓至600V,占空比0.2,開啟離子源離子清洗25min,開啟鈦祀的電弧源，偏壓400V，靶電流80A，離子轟擊鈦靶5min ；
(3)沉積碳化鈦過渡層:氬氣氣壓0.5Pa，偏壓降至300V，沉積溫度350°C，鈦靶電流70A，碳靶電流80A，電弧鍍碳化鈦過渡層15min ；
(4)沉積氮化鈦層，氬氣氣壓0.5Pa，偏壓200V，沉積溫度300°C，鈦靶電流90A，反應(yīng)氣體氮氣壓力為0.8Pa，電弧鍍氮化鈦層20min ；
(5)后處理:關(guān)閉各電源，離子源及氣體源，涂層結(jié)束。通過上述工藝制備的碳化鈦/氮化鈦納米多層涂層葉輪，葉輪表面為氮化鈦涂層，葉輪基體與涂層之間有黏性碳化鈦過渡層，以減小殘余應(yīng)力，增加涂層與葉輪基體間的結(jié)合強度。本發(fā)明碳化鈦/氮化鈦納米多層涂層葉輪，含有氮化鈦涂層和黏性碳化鈦過渡層，可以保持較高硬度的同時提高涂層的韌性和與葉輪基體間的結(jié)合強度，從而提高涂層的耐磨性，這種納米多層涂層結(jié)構(gòu)，可以有效彌補氮化鈦單涂層韌性較差的不足，顯著減小葉輪的磨損，延長耐腐蝕泵的使用壽命，該納米多層涂層葉輪制備工藝容易掌握，生產(chǎn)過程
穩(wěn)定可靠。


附圖中圖1是本發(fā)明的涂層結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明的實施例，用來進一步說明技術(shù)解決方案。由附圖1看出，一種碳化鈦/氮化鈦納米多層涂層葉輪及其制備方法，葉輪基體3材料為25鋼，涂層為碳化鈦和氮化鈦，葉輪基體表面為氮化鈦涂層1，為了提高氮化鈦與葉輪基體之間的結(jié)合強度，葉輪基體3與氮化鈦涂層I之間含有一層黏性碳化鈦過渡層2。制備所述的碳化鈦/氮化鈦納米多層涂層葉輪的方法是:沉積方式為電弧離子鍍沉積30(T400nm的碳化鈦過渡層,然后沉積厚度為40(T500nm的氮化鈦,具體步驟如下:
(1)前處理:采用水砂紙將葉輪基體表面拋光，去除表面油污、銹跡等雜質(zhì)，采用封閉式噴砂機對拋光后的葉輪基體進行噴砂粗化處理，并用流體拋光機拋光去除表面的磁性，然后依次放入酒精和丙酮中，在5(T60°C的溫度下超聲波清洗各30min，放入烘箱干燥20min后迅速放入鍍膜機，抽真空至5.0X 10_3Pa，加熱至400°C，保溫25 30min ；
(2)離子清洗:通氬氣，其壓力為2Pa，開啟偏壓電源，電壓800V，占空比0.2，輝光放電清洗35min ;降低偏壓至600V,占空比0.2,開啟離子源離子清洗25min,開啟鈦祀的電弧源，偏壓400V，靶電流80A，離子轟擊鈦靶5min ；
(3)沉積碳化鈦過渡層:氬氣氣壓0.5Pa，偏壓降至300V，沉積溫度350°C，鈦靶電流70A，碳靶電流80A，電弧鍍碳化鈦過渡層15min ；
(4)沉積氮化鈦層，氬氣氣壓0.5Pa，偏壓200V，沉積溫度300°C，鈦靶電流90A，反應(yīng)氣體氮氣壓力為0.8Pa，電弧鍍氮化鈦層20min ；
(5)后處理:關(guān)閉各電源，離子源及氣體源，涂層結(jié)束。
權(quán)利要求
1.一種碳化鈦/氮化鈦納米多層涂層葉輪及其制備方法，葉輪基體3材料為25鋼，其特征在于:涂層為納米碳化鈦和氮化鈦，葉輪基體表面為氮化鈦涂層1，葉輪基體3與氮化鈦涂層I之間含有一層黏性碳化鈦過渡層2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種碳化鈦/氮化鈦納米多層涂層葉輪及其制備方法，其特征在于:沉積方式為電弧離子鍍沉積30(T400nm的碳化鈦過渡層，然后沉積厚度為40(T500nm的氮化鈦，具體步驟如下: (1)前處理:采用水砂紙將葉輪基體表面拋光，去除表面油污、銹跡等雜質(zhì)，采用封閉式噴砂機對拋光后的葉輪基體進行噴砂粗化處理，并用流體拋光機拋光去除表面的磁性，然后依次放入酒精和丙酮中，在5(T60°C的溫度下超聲波清洗各30min，放入烘箱干燥20min后迅速放入鍍膜機，抽真空至5.0X 10_3Pa，加熱至400°C，保溫25 30min ； (2)離子清洗:通氬氣，其壓力為2Pa，開啟偏壓電源，電壓800V，占空比0.2，輝光放電清洗35min ;降低偏壓至600V,占空比0.2,開啟離子源離子清洗25min,開啟鈦祀的電弧源，偏壓400V，靶電流80A，離子轟擊鈦靶5min ； (3)沉積碳化鈦過渡層:氬氣氣壓0.5Pa，偏壓降至300V，沉積溫度350°C，鈦靶電流70A，碳靶電流80A，電弧鍍碳化鈦過渡層15min ； (4)沉積氮化鈦層，氬氣氣壓0.5Pa，偏壓200V，沉積溫度300°C，鈦靶電流90A，反應(yīng)氣體氮氣壓力為0.8Pa，電弧鍍氮化鈦層20min ； (5)后處理:關(guān)閉各電源，離子源及氣體源，涂層結(jié)束。
全文摘要
本發(fā)明屬于輸送各種流體介質(zhì)的化學(xué)工業(yè)用耐腐蝕泵領(lǐng)域，特別涉及一種碳化鈦/氮化鈦納米多層涂層葉輪及其制備工藝，葉輪基體材料為25鋼，葉輪基體表面為氮化鈦涂層，葉輪基體與表面氮化鈦涂層之間含有一層黏性碳化鈦過渡層。具體工藝包括前處理、離子清洗、沉積黏性碳化鈦過渡層、沉積表面氮化鈦高硬度層。碳化鈦/氮化鈦納米多層涂層葉輪可以保持較高硬度的同時提高涂層的韌性和與基體間的結(jié)合強度，從而提高涂層的耐沖擊性和耐磨性，延長葉輪的使用壽命；該制備工藝容易掌握，生產(chǎn)過程穩(wěn)定可靠。用該方法制備的葉輪，與未涂層的葉輪相比，耐磨性和耐腐蝕性能有大幅度提高；該碳化鈦/氮化鈦納米多層涂層可廣泛用于各種耐腐蝕泵類葉輪的涂層。
文檔編號C23C14/06GK103158296SQ201310082498
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月15日
發(fā)明者楊鎮(zhèn)寧, 劉長霞, 孫軍龍, 王亮申, 李剛, 田忠民, 孫憲剛 申請人:煙臺魯東泵業(yè)有限公司