钛合金表面化学气相沉积钼复合涂层制备工艺

程文涛， 马捷， 魏建忠， 李洪义， 吴龙

(北京工业大学 材料科学与工程学院 功能材料教育部重点实验室， 北京 100022)

0 引言

钛(Ti)金属作为现代生活中重要的新型结构材料[1-4]，具有密度小、比强度高、高温力学性和蠕变性能好等优良性能，广泛应用于航空、汽车、船舶等领域[5]。然而Ti金属的化学性质活泼、抗氧化性差，所形成的疏松多孔氧化钛薄膜[6]对基体的保护作用有限，导致Ti金属构件的使用价值降低。为改善Ti金属的性能缺陷，国内外对Ti金属进行了广泛深入的表面改性研究，并已在实际中进行应用，但不同方法均存在一定局限性[7-9]。

采用化学气相沉积(CVD)方法制备难熔金属涂层具有沉积速度快、绕镀性好等特点，但在Ti合金表面直接CVD 钼(Mo)涂层过程中，受Ti基体在氢气高温环境下会发生氢脆以及被反应产物氟化氢(HF)侵蚀[10]的影响，不能获得与基体结合牢固的涂层。

本文对在Ti基体上制备铜(Cu)/钨(W)过渡层后沉积Mo获得Cu/W/Mo复合涂层工艺进行了研究。研究结果显示，在Ti基体上通过磁控溅射Cu后采用CVD方法沉积W及Mo所制备的Cu/W/Mo复合涂层可有效避免Ti基体发生氢脆和表面侵蚀，使Mo涂层与Ti基体结合力大幅度提高。Ti基体表面沉积Mo涂层可显著提高表面硬度、耐磨性及耐蚀性。与基体结合牢固的Cu/W/Mo复合涂层也为Ti基体表面制备MoS2、MoSi2[11]涂层提供基础。

1 Ti基体表面CVD钼涂层实验

1.1 Ti基体复合涂层制备

实验选取尺寸为15 mm×15 mm×2 mm的TA1 Ti合金基体材料，微量元素成分如表1所示。

表1 TA1钛合金微量元素及含量Tab.1 Types and contents of trace elements inTA1 titanium alloy %

利用酒精、丙酮超声去除TA1钛合金表面污渍，再经酸洗液酸洗后去除表面氧化层，Ti合金试样经清洁处理后首先通过磁控溅射制备Cu过渡层。……