風(fēng)速管復(fù)合涂層、其制備方法及具有該復(fù)合涂層的風(fēng)速管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)合涂層，尤其是風(fēng)速管復(fù)合涂層及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]飛機(jī)外部的飛行速度、壓力、溫度等測(cè)量傳感器，在飛機(jī)停機(jī)和處于某一臨界速度及水汽含量條件下飛行時(shí)，表面易出現(xiàn)結(jié)冰導(dǎo)致讀數(shù)錯(cuò)誤而發(fā)生嚴(yán)重的飛行事故。為保證飛機(jī)的安全及運(yùn)行過(guò)程中測(cè)量參數(shù)的可靠性，該類傳感器一般采用電加熱除冰方式。
[0003]電熱除冰系統(tǒng)是一種將電能轉(zhuǎn)化為熱能，利用熱能融化冰層，破壞冰層和材料表面(如風(fēng)速管外壁)的黏附強(qiáng)度，在外力(如氣動(dòng)力或離心力)作用下達(dá)到除冰的目的的方法。除冰過(guò)程的傳熱特性及冰層力學(xué)特性是影響冰層融化和脫落的主要因素。為滿足防/除冰效果，測(cè)量傳感器的電熱除冰系統(tǒng)經(jīng)常處于滿負(fù)荷的狀態(tài)，導(dǎo)致測(cè)量傳感器長(zhǎng)時(shí)間處于高溫工作環(huán)境(500°C以上)，一方面增加了能源消耗，另一方面，長(zhǎng)時(shí)間、高負(fù)荷的高溫環(huán)境影響測(cè)量結(jié)果，降低測(cè)量參數(shù)精度，給飛機(jī)的正常操作帶來(lái)危險(xiǎn)。
[0004]低表面能疏水涂層是飛機(jī)表面一種重要的防除冰輔助手段，主要分為含氟聚合物類、有機(jī)硅類、氟硅聚合物類及高級(jí)脂肪酸類等。低表面能疏水涂層具有優(yōu)越的防覆冰性能，其較大的接觸角和較小的潤(rùn)濕滯后角可以有效的促進(jìn)液滴滾落，特定幾何結(jié)構(gòu)的內(nèi)氣墊絕熱作用使液滴結(jié)冰時(shí)間延長(zhǎng)，同時(shí)適當(dāng)?shù)某杷砻娼Y(jié)構(gòu)可以降低冰與基體的附著力，使得冰易于脫落。由此可見(jiàn)低表面能疏水涂層可以在一定程度上提高電熱除冰系統(tǒng)的除冰效率。
[0005]但是，以上幾種有機(jī)涂層不適用于電加熱方式下的高溫工作環(huán)境(500°C以上)，不能滿足更高性能的測(cè)量傳感器的耐高溫使用要求，因此需要開(kāi)發(fā)一種耐熱性能優(yōu)良的低表面能疏水涂層，提高測(cè)量傳感器的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種風(fēng)速管復(fù)合涂層、其制備方法及具有該復(fù)合涂層的風(fēng)速管，以解決現(xiàn)有涂層耐熱性能差的缺陷，同時(shí)提高疏水涂層的除冰效率。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種風(fēng)速管復(fù)合涂層，包括:
[0008]第一過(guò)渡層；
[0009]導(dǎo)電層，位于第一過(guò)渡層之上；
[0010]第二過(guò)渡層，位于該導(dǎo)電層之上；
[0011]導(dǎo)熱層，位于該第二過(guò)渡層之上；
[0012]第三過(guò)渡層，位于該導(dǎo)熱層之上；以及
[0013]疏水層，位于第三過(guò)渡層之上。
[0014]其中，該第一過(guò)渡層的材質(zhì)選自N1、MgO或二者的復(fù)合結(jié)構(gòu)，該第一過(guò)渡層的厚度為 200nm ?900nm。
[0015]其中，該導(dǎo)電層為Y-Ba-Cu-O或Tl-Ba-Cu-O的金屬氧化物，該導(dǎo)電層厚度為400nm ?GOOnm。
[0016]其中，該第二過(guò)渡層為N1/Ni的復(fù)合層，該第二過(guò)渡層厚度為10nm?800nmo
[0017]其中，該導(dǎo)熱層為Cr-Ni合金層，成分的質(zhì)量百分含量控制在Cr:20%?30%，Ni:70%?80%，該導(dǎo)熱層的厚度為300nm?900nm。
[0018]其中，該過(guò)渡層為Cr，該過(guò)渡層厚度為80nm?10nm0
[0019]其中，該疏水層為特定晶面取向生長(zhǎng)的CrN，該疏水層厚度為800nm?3300nm。
[0020]其中，該疏水層為經(jīng)表面摻雜改性的特定晶面取向的CrN涂層，摻雜元素為Si或F中至少一種。
[0021]而且，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種具有上述復(fù)合涂層的風(fēng)速管。
[0022]而且，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種復(fù)合涂層的制備方法，包括:
[0023]步驟I):采用高能離子束對(duì)風(fēng)速管基體的轟擊清洗，開(kāi)啟考夫曼離子源，于多源離子束復(fù)合沉積鍍膜設(shè)備中通入氬氣，鍍膜設(shè)備爐膛真空度維持在1.5X10 2Pa?2.5 X 10 2Pa，轟擊能量2keV?3keV，轟擊清洗時(shí)間1min?30min ；
[0024]步驟2):開(kāi)啟Ni (或MgO)靶射頻磁控濺射電源，恒流模式控制輸出功率在400W?600W(或300?500W)，通入Ar、O2,流量占比控制在Ar/02= 0.2?0.5，維持真空度7X10 2Pa?10X10 2Pa,脈沖負(fù)偏壓-80V?-100V，沉積時(shí)間1min?20min ;或交替開(kāi)啟Ni靶、MgO靶的濺射電源，進(jìn)行N1/MgO的交替層制備，交替2次?5次，順序?yàn)镹1-MgO-N1-MgO，以在所述基體上形成第一過(guò)渡層；
[0025]步驟3):結(jié)束步驟2)后，開(kāi)啟Y-Ba-Cu復(fù)合革巴材或Tl-Ba-Cu復(fù)合革巴材的射頻磁控濺射電源，控制輸出功率在800W?1100W，通入Ar、02，流量占比控制在Ar/02= 0.5?0.7，進(jìn)行Y-Ba-Cu-O導(dǎo)電層或Tl-Ba-Cu-O導(dǎo)電層的沉積，脈沖負(fù)偏壓-100V?-300V。同時(shí)開(kāi)啟高能離子源，控制工裝旋轉(zhuǎn)方向，保證高能離子束以15°?60°范圍對(duì)沉積膜層進(jìn)行轟擊，進(jìn)行Y-Ba-Cu-O導(dǎo)電層或Tl-Ba-Cu-O導(dǎo)電層的制備，總沉積時(shí)間為40min?60min，維持爐膛真空度0.1OPa?0.20Pa ；
[0026]步驟4):結(jié)束步驟3)后，開(kāi)啟Ni靶的射頻磁控濺射電源，恒流模式控制輸出功率在400W?600W,通入Ar、02，流量占比控制在KrfO2= 0.3?0.5，維持真空度7X10 2Pa?10X10 2Pa,脈沖負(fù)偏壓-80V?-100V，沉積時(shí)間4min?6min，制備N1層；關(guān)閉O2,繼續(xù)通入氬氣，維持真空度3 X 10 2Pa?5 X 10 2Pa,脈沖負(fù)偏壓-80V?-100V，沉積時(shí)間4min?6min，制備Ni金屬層，以在所述導(dǎo)電層上形成第二過(guò)渡層；
[0027]步驟5):結(jié)束步驟4)后，開(kāi)啟CrNi合金靶的射頻磁控濺射電源，輸出功率為400W?600W，通入氬氣，維持真空度3 X 10 2Pa?5 X 10 2Pa,脈沖負(fù)偏壓-80V?-100V，沉積時(shí)間7min?15min，以在所述第二過(guò)渡層上形成導(dǎo)熱層；
[0028]步驟6):結(jié)束步驟5)后，開(kāi)啟Cr靶的陰極真空弧電源，電弧電流控制在80A?100A，沉積偏壓-80V?-120V，沉積時(shí)間Imin?lOmin，制備第三過(guò)渡層Cr ;以及
[0029]步驟7):維持Cr靶的陰極放電過(guò)程及偏壓參數(shù)，通入N2，維持真空度2X10 2Pa?4父10^1，沉積時(shí)間301^11?601^11，制備面心立方(111)或(200)織構(gòu)取向的疏水層CrN。
[0030]其中，于步驟7)后還包括:步驟8):對(duì)所制備涂層進(jìn)行高能離子注入:通入氣體BF3,采用磁分析器將提純的F離子注入疏水涂層，注入能量SOkeV?llOkeV，注入劑量為I X 10171n/cm2?3X10 171n/cm2?；蛘卟襟E7)結(jié)束前l(fā)Omin，開(kāi)啟磁控派射電源，派射革巴為Si靶，濺射電源工作參數(shù):恒流0.6A?1.2A ;占空比40%?60%，沉積時(shí)間為1min0
[0031]有益效果:
[0032]本發(fā)明在總涂層厚度保持不變的情況下，引入耐高溫(650°C以上)無(wú)機(jī)疏水涂層CrN以降低表面覆冰層結(jié)合力。同時(shí)在疏水涂層與風(fēng)速管基體之間，利用離子束復(fù)合鍍膜技術(shù)制備具有優(yōu)良導(dǎo)電性能的導(dǎo)電薄膜層、高電熱輸出能力的導(dǎo)熱薄膜層及其性能過(guò)渡層，保障涂層導(dǎo)電傳熱效果。各膜層之間通過(guò)過(guò)渡層的銜接和保護(hù)，形成穩(wěn)定的組織結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和各功能區(qū)耦合的導(dǎo)電、導(dǎo)熱及疏水膜層，在滿足防/除冰效果的同時(shí)保障基體良好的導(dǎo)電特性以及電熱輸出，總體上提高除冰效率，降低能源消耗。通過(guò)該復(fù)合技術(shù)的實(shí)施，相比無(wú)涂層的風(fēng)速管，在加熱除冰環(huán)節(jié)，其除冰效率提高50%，電能消耗降低45%，顯著提高風(fēng)速管工作過(guò)程的可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1為本發(fā)明風(fēng)速管復(fù)合涂層的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]其中，附圖標(biāo)記:
[0035]1、基體 2、第一過(guò)渡層
[0036]3、導(dǎo)電層4、第二過(guò)渡層
[0037]5、導(dǎo)熱層6、第三過(guò)渡層
[0038]7、疏水層
【具體實(shí)施方式】
[0039]圖1為本發(fā)明風(fēng)速管復(fù)合涂層的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，本發(fā)明的一種風(fēng)速管復(fù)合涂層，包括:
[0040]第一過(guò)渡層2 ；
[0041 ] 導(dǎo)電層3，位于第一過(guò)渡層2之上；
[0042]第二過(guò)渡層4，位于該導(dǎo)電層3之上；
[0043]導(dǎo)熱層5，位于該第二過(guò)渡層4之上；
[0044]第三過(guò)渡層6，位于該導(dǎo)熱層5之上；以及
[0045]疏水層7，位于該第三過(guò)渡層6之上。
[0046]其中，基體I主要為鎳基合金，根據(jù)基體材料的熱膨脹系數(shù)(如GH4169約在7.31X10 6/K ?8.09