一种气阀合金表面的复合涂层及其制备方法和气门

1.本发明涉及气阀合金表面复合涂层的制备技术领域，尤其涉及一种气阀合金表面的复合涂层及其制备方法和气门。


背景技术：

2.气门是柴油发动机工况条件最恶劣、工作温度最高的零件。它的功能是通过配气机构，按照气缸间的发火顺序和活塞等零件在气缸中所进行的工作过程，适时地开启和关闭，相应地保证气缸填充新鲜充量并使气缸内的废气排除。
3.随着发动机产品更新换代，目前气体机最高排气温度达800℃以上，气门承受严重的热负荷，现有气门强化技术无法满足高排温、高性能发动机要求。重型/大缸径产品对可靠性要求极高；气门的可靠性一直是产品更新换代过程中的关键问题。
4.气门盘锥面是气门的关键部位。在工况条件下，气门盘锥面首先面临严重的磨损。盘锥面的磨损，主要反应在进气门上，这是由于进气门的盘锥面与气缸头中的气门座之间有很小的摩擦运动所引起的，而摩擦运动是由于爆发压力迫使进气门及气缸头底部产生弹性变形所引起的，其运动范围与程度当然决定于爆发压力的大小，同时磨损与发动机的点火次数和点火压力大小成正比。随点火次数和压力的增加，气门盘锥面的磨损将更加剧烈。因此，高速柴油机进气门盘锥面磨损要严重的多。
5.除面临严重的磨损外，工况条件下，盘锥面还存在着其他多种损伤：如等烧蚀，磨损，腐蚀，高温有害气体的冲刷，高温环境的氧化。这些损伤在与磨损的综合作用下，将导致气门盘锥面发生严重的表面破坏。
6.因此，需要开发新的工艺来提高气门的服役寿命。


技术实现要素：

7.鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种气阀合金表面的复合涂层及其制备方法和气门，通过由表及里依次设置的第二ticrn层、ticr合金沉积层、第一ticrn层和ticr扩散层，制得了表面质量优良的涂层、且与基体为冶金结合，结合度高，显著提升了气阀合金在烧蚀、磨损、腐蚀、高温有害气体的冲刷以及高温环境的氧化等损伤与磨损的综合作用下的服役寿命。
8.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
9.第一方面，本发明提供一种气阀合金表面的复合涂层，所述复合涂层自气阀合金表面包括依次设置的ticr扩散层、第一ticrn层、ticr合金沉积层和第二ticrn层。
10.本发明中气阀合金表面的复合涂层中ticr扩散层为基体元素与ticr组成的互扩散层，且ticr含量梯度过渡，保证了涂层与基体的冶金结合。第一ticrn层为均匀相硬质层，具有较强的承载和抗冲击能力，提升了涂层抗高温冲击载荷的能力。同时，ticrn层抑制了基体合金元素的外扩散和脆性相的形成ticr合金沉积层厚为均匀相软质层，发挥了承载表面超厚第二ticrn层的功能，同时，ticr合金沉积层高温下可以形成连续致密cr2o3保护膜，
具有优异的阻氧扩散能力。表层的第二ticrn层为均匀相硬质相，具有较高的硬度、优异的耐腐蚀和耐磨性能。
11.优选地，所述ticr扩散层的厚度为2~4μm，例如可以是2μm、2.3μm、2.5μm、2.7μm、2.9μm、3.2μm、3.4μm、3.6μm、3.8μm或4μm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
12.优选地，所述气阀合金中的元素计为基体元素，所述ticr扩散层中含基体元素、ti元素和cr元素，且所述ticr扩散层中ticr含量自气阀合金向第一ticrn层逐渐增加。
13.优选地，所述气门盘锥面的材质中的元素计为基体元素，所述ticr扩散层中含基体元素和ticr，且所述ticr扩散层中ti和cr总含量自气阀合金的表面向第一ticrn层逐渐增加。
14.优选地，所述气阀合金中含13.5~15.5wt%的cr元素。
15.优选地，所述ticr扩散层中cr和ti总含量自13.5~15.5wt%%变化至80~100wt%。
16.优选地，所述第一ticrn层的厚度为3~5μm，例如可以是3μm、3.3μm、3.5μm、3.7μm、3.9μm、4.2μm、4.4μm、4.6μm、4.8μm或5μm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
17.优选地，所述第一ticrn层中n元素的含量自ticr扩散层向ticr合金沉积层逐渐增加。
18.优选地，所述ticr合金沉积层的厚度为3~5μm，例如可以是3μm、3.3μm、3.5μm、3.7μm、3.9μm、4.2μm、4.4μm、4.6μm、4.8μm或5μm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
19.本发明优选ticr合金沉积层的厚度在上述范围，才能更好地起到承载表面超厚第二ticrn层的功能。
20.优选地，所述ticr合金沉积层中cr元素和ti元素的总含量在第一ticrn层向第二ticrn层的方向上先逐渐增加再逐渐降低。
21.优选地，所述ticr合金沉积层的材质为ticr。
22.优选地，所述ticr合金沉积层的表面形成有致密cr2o3膜。
23.优选地，所述第二ticrn层的厚度为6~8μm，例如可以是6μm、6.3μm、6.5μm、6.7μm、6.9μm、7.2μm、7.4μm、7.6μm、7.8μm或8μm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
24.优选地，所述第二ticrn层中n元素的含量自ticr合金沉积层向外逐渐增加。
25.本发明第一方面的气阀合金的复合涂层的制备工艺没有特殊要求，优选采用本发明第二方面所述的气阀合金表面的复合涂层的制备方法制得，具有性能更优且制备流程相对简单的优势。
26.第二方面，本发明提供一种气阀合金表面的复合涂层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
27.（1）在气阀合金的表面制备ticr扩散层；
28.（2）在ticr扩散层的表面原位制备第一ticrn层；
29.（3）在第一ticrn层的表面原位制备ticr合金沉积层；
30.（4）在ticr合金沉积层的表面原位制备第二ticrn层。
31.本发明优选采用上述技术手段，能够制得性能优良的复合涂层，服役寿命长。
32.优选地，在步骤（1）之前，所述制备方法还包括：对所述气阀合金进行预处理。
33.优选地，步骤（1）~步骤（4）中各层的制备各自独立地采用双层辉光等离子表面冶金技术。
34.本发明利用双辉技术整体复合结构涂层中不同结构层实现了梯度过渡，没有ti和cr含量的成分突变点。整体涂层具有较小的应力，服役寿命长。
35.优选地，所述制备ticr扩散层包括：以ti-cr合金靶材为源极，以气阀合金为工件极，抽真空后并通入工作气氛进行洗气，然后在工作气氛下进行ticr扩散层的沉积。
36.优选地，所述洗气的次数为3~4次。
37.优选地，所述抽真空的绝对真空度为10-3
pa以下。
38.优选地，所述洗气包括通入工作气氛，再抽真空。
39.优选地，所述工作气氛包括氩气。
40.优选地，所述进行ticr扩散层的沉积包括：在第一参数条件下进行第一段沉积，然后第一缓慢调整至第二参数条件，进行第二段沉积，再第二缓慢调整至第三参数条件，进行第三段沉积。
41.本发明中各个阶段源极与工件极的间距优选为30~40mm，例如可以是30mm、31mm、32mm、33mm、34mm、35mm、36mm、37mm、38mm、39mm或40mm等。
42.优选地，所述第一参数条件包括源极电压：350~500v；工件极电压：350~400v；工作气压：40~50pa；源极与工件极的间距：30~40mm。源极电压：350~500v，例如可以是350v、367v、384v、400v、417v、434v、450v、467v、484v或500v等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。工件极电压：350~400v，例如可以是350v、356v、362v、367v、373v、378v、384v、389v、395v或400v等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。工作气压：40~50pa，例如可以是40pa、42pa、43pa、44pa、45pa、46pa、47pa、48pa、49pa或50pa等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
43.优选地，所述第一段沉积的保温时间为0.1~0.8h，例如可以是0.1h、0.2h、0.3h、0.4h、0.5h、0.6h、0.7h或0.8h等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
44.优选地，所述第二参数条件包括源极电压：500~600v；工件极电压：400~500v；工作气压：30~40pa；源极与工件极的间距：30~40mm。源极电压：500~600v，例如可以是500v、512v、523v、534v、545v、556v、567v、578v、589v或600v等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用；工件极电压：400~500v，例如可以是400v、412v、423v、434v、445v、456v、467v、478v、489v或500v等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用；工作气压：30~40pa，例如可以是30pa、32pa、33pa、34pa、35pa、36pa、37pa、38pa、39pa或40pa等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
45.优选地，所述第二段沉积的保温时间为1~1.5h，例如可以是1h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h或1.5h等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
46.优选地，所述第三参数条件包括源极电压：900~1000v；工件极电压：450~550v；工作气压：50~60pa；源极与工件极的间距：30~40mm。源极电压：900~1000v，例如可以是900v、912v、923v、934v、945v、956v、967v、978v、989v或1000v等，但不限于所列举的数值，该范围
内其他未列举的数值同样适用；工件极电压：450~550v，例如可以是450v、462v、473v、484v、495v、506v、517v、528v、539v或550v等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用；工作气压：50~60pa，例如可以是50pa、52pa、53pa、54pa、55pa、56pa、57pa、58pa、59pa或60pa等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
47.优选地，所述第三段沉积的保温时间为2.5~3h，例如可以是2.5h、2.6h、2.7h、2.8h、2.9h或3h等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
48.优选地，步骤（2）中所述制备第一ticrn层包括：以ti-cr靶材为源极，以气阀合金为工件极，然后在工作气氛下进行第一ticrn层的沉积；所述工作气氛包括氩气和氮气组合的气氛。
49.优选地，所述进行第一ticrn层的沉积包括：在第四参数条件下进行第四段沉积，然后第三缓慢调整至第五参数条件，进行第五段沉积，继续第四缓慢调整至第六参数条件，进行第六段沉积。
50.优选地，所述第四参数条件包括源极电压：650~750v，例如可以是650v、662v、673v、684v、695v、706v、717v、728v、739v或750v等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用；工件极电压：400~500v，例如可以是400v、412v、423v、434v、445v、456v、467v、478v、489v或500v等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用；工作气压：30~40pa，例如可以是30pa、32pa、33pa、34pa、35pa、36pa、37pa、38pa、39pa或40pa等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用；源极与工件极的间距：30~40mm；工作气氛中氩气和氮气的摩尔比为1.0~2.0:1，例如可以是1.0:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1、1.9:1或2.0:1等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
51.优选地，所述第四段沉积的保温时间为0.5~1h，例如可以是0.5h、0.6h、0.7h、0.8h、0.9h或1h等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
52.优选地，所述第五参数条件包括源极电压：750~850v，例如可以是750v、762v、773v、784v、795v、806v、817v、828v、839v或850v等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用；工件极电压：500~600v，例如可以是500v、512v、523v、534v、545v、556v、567v、578v、589v或600v等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用；工作气压：30~40pa，例如可以是30pa、32pa、33pa、34pa、35pa、36pa、37pa、38pa、39pa或40pa等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用；源极与工件极的间距：30~40mm；工作气氛中氩气和氮气的摩尔比为0.5~1.5:1，例如可以是0.5:1、0.7:1、0.8:1、0.9:1、1:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1或1.5:1等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
53.优选地，所述第五段沉积的保温时间为2~3h，例如可以是2h、2.2h、2.3h、2.4h、2.5h、2.6h、2.7h、2.8h、2.9h或3h等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
54.优选地，所述第六参数条件包括源极电压：650~750v，例如可以是650v、662v、673v、684v、695v、706v、717v、728v、739v或750v等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用；工件极电压：400~500v，例如可以是400v、412v、423v、434v、445v、456v、467v、478v、489v或500v等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样
适用；工作气压：30~40pa，例如可以是30pa、32pa、33pa、34pa、35pa、36pa、37pa、38pa、39pa或40pa等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用；源极与工件极的间距：30~40mm；工作气氛中氩气和氮气的摩尔比为1.0~2.0:1，例如可以是1.0:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1、1.9:1或2.0:1等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
55.优选地，所述第六段沉积的保温时间为0.5~1h，例如可以是0.5h、0.6h、0.7h、0.8h、0.9h或1h等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
56.优选地，步骤（3）中所述制备ticr沉积层包括：以ti-cr靶材为源极，以气阀合金为工件极，然后在工作气氛下进行ticr沉积层的沉积；所述工作气氛为氩气气氛。
57.优选地，所述进行ticr沉积层的沉积包括：在第七参数条件下进行第七段沉积，然后第五缓慢调整至第八参数条件，进行第八段沉积。
58.优选地，所述第七参数条件包括源极电压：750~850v，例如可以是750v、762v、773v、784v、795v、806v、817v、828v、839v或850v等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用；工件极电压：500~550v，例如可以是500v、506v、512v、517v、523v、528v、534v、539v、545v或550v等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用；工作气压：30~40pa，例如可以是30pa、32pa、33pa、34pa、35pa、36pa、37pa、38pa、39pa或40pa等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用；源极与工件极间距：30~40mm。
59.优选地，所述第七段沉积的保温时间为0.5~1h，例如可以是0.5h、0.6h、0.7h、0.8h、0.9h或1h等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
60.优选地，所述第八参数条件包括源极电压：900~1000v，例如可以是900v、912v、923v、934v、945v、956v、967v、978v、989v或1000v等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用；工件极电压：550~600v，例如可以是550v、556v、562v、567v、573v、578v、584v、589v、595v或600v等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用；工作气压：40~50pa，例如可以是40pa、42pa、43pa、44pa、45pa、46pa、47pa、48pa、49pa或50pa等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用；源极与工件极间距：30~40mm。
61.优选地，所述第八段沉积的保温时间为0.8~1.2h，例如可以是0.8h、0.9h、1h、1.1h或1.2h等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
62.优选地，步骤（4）中所述制备第二ticrn层包括：以ti-cr靶材为源极，以气阀合金为工件极，然后在工作气氛下进行第二ticrn层的沉积；所述工作气氛包括氩气和氮气的组合气氛。
63.优选地，所述进行第二ticrn层的沉积包括：在第九参数条件下进行第九段沉积，然后第六缓慢调整至第十参数条件，进行第十段沉积，继续第七缓慢调整至第十一参数条件，进行第十一段沉积。
64.优选地，所述第九参数条件包括源极电压：650~750v，例如可以是650v、662v、673v、684v、695v、706v、717v、728v、739v或750v等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用；工件极电压：400~500v，例如可以是400v、412v、423v、434v、445v、456v、467v、478v、489v或500v等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样
适用；工作气压：30~40pa，例如可以是30pa、32pa、33pa、34pa、35pa、36pa、37pa、38pa、39pa或40pa等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用；源极与工件极间距：30~40mm；工作气氛中氩气和氮气的摩尔比为1.0~2.0:1，例如可以是1.0:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1、1.9:1或2.0:1等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
65.优选地，所述第九段沉积的保温时间为1~1.5h，例如可以是1h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h或1.5h等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
66.优选地，所述第十参数条件包括源极电压：750~850v，例如可以是750v、762v、773v、784v、795v、806v、817v、828v、839v或850v等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用；工件极电压：500~600v，例如可以是500v、512v、523v、534v、545v、556v、567v、578v、589v或600v等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用；工作气压：30~40pa，例如可以是30pa、32pa、33pa、34pa、35pa、36pa、37pa、38pa、39pa或40pa等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用；源极与工件极间距：30~40mm；工作气氛中氩气和氮气的摩尔比为0.8~1.2:1。
67.优选地，所述第十段沉积的保温时间为3~3.5h，例如可以是3h、3.1h、3.2h、3.3h、3.4h或3.5h等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
68.优选地，所述第十一参数条件包括源极电压：650~750v，例如可以是650v、662v、673v、684v、695v、706v、717v、728v、739v或750v等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用；工件极电压：400~500v，例如可以是400v、412v、423v、434v、445v、456v、467v、478v、489v或500v等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用；工作气压：30~40pa，例如可以是30pa、32pa、33pa、34pa、35pa、36pa、37pa、38pa、39pa或40pa等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用；源极与工件极间距：30~40mm；工作气氛中氩气和氮气的摩尔比为1.0~2.0:1，例如可以是1.0:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1、1.9:1或2.0:1等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
69.优选地，所述第十一段沉积的保温时间为1~1.5h，例如可以是1h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h或1.5h等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
70.本发明优选各层采用分段沉积的方式进行，能够在每一层的两端与相邻层之间具有更佳的过渡效果。
71.本发明提供的气阀合金表面的复合涂层优选采用双层辉光等离子表面冶金技术制得，使得涂层内部元素逐渐变化，不存在cr元素含量的突变，涂层的强度和性能更佳。但并发明对于涂层内部元素含量变化的程度没有特殊限制，只要为逐渐增加或逐渐减少的趋势，并不出现元素含量的突变，即可实现本发明中性能佳服役寿命长的涂层。
72.作为本发明优选地技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
73.（1）以ti-cr靶材为源极，以气阀合金为工件极，抽真空后并通入工作气氛进行洗气，然后在工作气氛下，在气阀合金的表面进行ticr扩散层的沉积；
74.所述进行ticr扩散层的沉积包括：先在源极电压：350~500v；工件极电压：350~400v；工作气压：40~50pa；源极与工件极的间距：30~40mm的第一参数条件下进行第一段沉积0.1~0.8h，再将参数调整至源极电压：500~600v；工件极电压：400~500v；工作气压：30~
40pa；源极与工件极的间距：30~40mm的第二参数条件，并在所述第二参数条件下进行第二段沉积1~1.5h，再将参数调整至源极电压：900~1000v；工件极电压：450~550v；工作气压：50~60pa；源极与工件极的间距：30~40mm的第三参数条件，并在所述第三参数条件下进行第三段沉积2.5~3h；
75.（2）以ti-cr靶材为源极，以气阀合金为工件极，然后在工作气氛下进行第一ticrn层的沉积；所述工作气氛包括氩气和氮气组合的气氛；
76.所述进行第一ticrn层的沉积包括：先在源极电压：650~750v；工件极电压：400~500v；工作气压：30~40pa；源极与工件极的间距：30~40mm；工作气氛中氩气和氮气的摩尔比为1.0~2.0:1的第四参数条件下进行第四段沉积0.5~1h，再将参数调整至源极电压：750~850v；工件极电压：500~600v；工作气压：30~40pa；源极与工件极的间距：30~40mm；工作气氛中氩气和氮气的摩尔比为0.5~1.5:1的第五参数条件，并在所述第五参数条件下进行第五段沉积2~3h，再将参数调整至源极电压：650~750v；工件极电压：400~500v；工作气压：30~40pa；源极与工件极的间距：30~40mm；工作气氛中氩气和氮气的摩尔比为1.0~2.0:1的第六参数条件，并在所述第六参数条件下进行第六段沉积0.5~1h；
77.（3）以ti-cr靶材为源极，以气阀合金为工件极，然后在工作气氛下进行ticr沉积层的沉积；所述工作气氛为氩气气氛；
78.所述进行ticr沉积层的沉积包括：先在源极电压：750~850v；工件极电压：500~550v；工作气压：30~40pa；源极与工件极间距：30~40mm的第七参数条件下进行第七段沉积0.5~1h，再将参数调整至源极电压：900~1000v；工件极电压：550~600v；工作气压：40~50pa；源极与工件极间距：30~40mm的第八参数条件，并在所述第八参数条件下进行第八段沉积0.8~1.2h；
79.（4）以ti-cr靶材为源极，以气阀合金为工件极，然后在工作气氛下进行第二ticrn层的沉积；所述工作气氛包括氩气和氮气的组合气氛；
80.所述进行第二ticrn层的沉积包括：先在源极电压：650~750v；工件极电压：400~500v；工作气压：30~40pa；源极与工件极间距：30~40mm；工作气氛中氩气和氮气的摩尔比为1.0~2.0:1的第九参数条件下进行第九段沉积1~1.5h，再将参数调整至源极电压：750~850v；工件极电压：500~600v；工作气压：30~40pa；源极与工件极间距：30~40mm；工作气氛中氩气和氮气的摩尔比为0.8~1.2:1的第十参数条件，并在所述第十参数条件下进行第十段沉积3~3.5h，再将参数调整至源极电压：650~750v；工件极电压：400~500v；工作气压：30~40pa；源极与工件极间距：30~40mm；工作气氛中氩气和氮气的摩尔比为1.0~2.0:1的第十一参数条件，并在所述第十一参数条件下进行第十一段沉积1~1.5h。
81.第三方面，本发明提供一种气门，所述气门包括第一方面所述的气阀合金表面的复合涂层。
82.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
83.（1）本发明提供的气阀合金表面的复合涂层利用双辉技术在气阀合金表面制备了ticrn多层梯度复合结构涂层，涂层表面质量好、与基体为冶金结合，结合强度高，而且涂层具有多层结构，显著提升了其在烧蚀，磨损，腐蚀，高温有害气体的冲刷，高温环境的氧化等损伤与磨损的综合作用下的服役寿命，在较优条件下气阀合金表面的复合涂层磨损比率小，均在0.06mm3·
n-1
·
m-1
以下，而且摩擦系数在0.71~0.74以内，700℃热震实验测试涂层
均可耐受40次以上；
84.（2）本发明提供的气阀合金表面的复合涂层的制备方法通过优化工艺参数，整体复合结构涂层中不同结构层实现了梯度过渡，没有元素含量的成分突变点，而且整体涂层具有较小的应力，服役寿命长。
附图说明
85.图1是本发明实施例1提供的气阀合金表面的复合涂层结构示意图。
86.图2是本发明实施例1制得的气阀合金表面的复合涂层的sem图。
87.图中：11-气阀合金表面；21-ticr扩散层；22-第一ticrn层；23-ticr合金沉积层；24-第二ticrn层。
具体实施方式
88.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
89.下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
90.需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
91.需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
92.本领域技术人员理应了解的是，本发明中必然包括用于实现工艺完整的必要管线、常规阀门和通用泵设备，但以上内容不属于本发明的主要发明点，本领域技术人员可以基于工艺流程和设备结构选型进可以自行增设布局，本发明对此不做特殊要求和具体限定。
93.下述实施例和对比例中采用的氩气与氮气纯度均为99.999%，ti-cr合金靶材的ti和cr总含量大于99.99wt%，ti含量为60wt%，余量为cr。为了便于实验，下述气阀合金均采用ncf3015气阀合金柱切割成φ10mm厚度5mm的块状试样，但并不代表本发明仅能采用上述尺寸和材质的气阀合金作为基底，其他本领域技术人员熟知的材质和尺寸均可。
94.实施例1
95.本实施例提供一种气阀合金表面的复合涂层，如图1所示，所述复合涂层自气阀合金表面11包括依次设置的ticr扩散层21、第一ticrn层22、ticr合金沉积层23和第二ticrn
层24。
96.所述ticr扩散层的厚度为2μm；所述气阀合金中的元素计为基体元素，所述ticr扩散层中含基体元素、ti元素和cr元素，且所述ticr扩散层中ticr含量自气阀合金向第一ticrn层逐渐增加；所述气阀合金中含14.8wt%的cr元素；所述ticr扩散层中cr和ti总含量自14.8wt%%变化至95wt%。所述第一ticrn层的厚度为3μm；所述ticr合金沉积层的厚度为3μm；所述ticr合金沉积层的材质为ticr；所述ticr合金沉积层的表面形成有致密cr2o3膜；所述第二ticrn层的厚度为6μm。所述第一ticrn层中n元素的含量自ticr扩散层向ticr合金沉积层逐渐增加，所述ticr合金沉积层中cr元素和ti元素的总含量在第一ticrn层向第二ticrn层的方向上先逐渐增加再逐渐降低，所述第二ticrn层中n元素的含量自ticr合金沉积层向外逐渐增加。
97.本实施例还提供所述气阀合金表面的复合涂层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
98.（1’）将气阀合金的试样经0#~07#砂纸逐级打磨，用2.5μm的金刚石研磨膏抛光，置于丙酮溶液中超声清洗并干燥；用01#砂纸将表面打磨去除氧化层，置于无水乙醇中超声清洗并干燥，放置于双辉设备中；将试样放置于双辉设备中，以试样为工件极，ti-cr合金靶材为源极，设置靶材下表面与试样上表面间距为40mm，关闭腔室；打开冷却循环水和机械泵，抽真空至10-3
pa以下，通入氩气洗气，腔室气压达到200pa时将氩气流量调至0，抽气至10-3
pa以下，重复以上洗气步骤3次；
99.（2’）进行ticr扩散层的沉积：调节氩气流量为100sccm，控制机械泵阀门使炉内气压稳定在40pa，打开工件极电源并升压至300v，利用辉光清洗试样表面30min，打开ti-cr合金靶材源极电源并升压至450v，清洗靶材表面30min；待辉光稳定后同步升压，缓慢将源极升压至950v、工件极升压至500v，工作气压升至60pa，保温时间3h；
100.（3’）进行第一ticrn层的沉积：打开氮气门，通入氮气，缓慢调节氩气和氮气流量至氩氮比为3:1，气压为40pa，缓慢降低源极电压至600v，工件极电压至400v，保温0.5小时；缓慢调节氩气和氮气流量至氩氮比为2:1，气压仍保持40pa，缓慢提升源极电压至750v；工件极电压至500v，保温2小时；缓慢调节氩气和氮气流量至氩氮比为3:1，气压仍保持40pa，缓慢降低源极电压至600v，工件极电压至400v，保温0.5小时；
101.（4’）进行ticr沉积层的沉积：关闭氮气门，调整氩气气压至50pa，缓慢提升源极电压至750v，工件极电压至500v，保温0.5小时；调整氩气气压至50pa，缓慢提升源极电压至900v，工件极电压维持500v，保温1小时；
102.（5’）进行第二ticrn层的沉积：打开氮气门，通入氮气，缓慢调节氩气和氮气流量至氩氮比为3:1，气压为20pa；缓慢降低源极电压至600v，工件极电压至350v，保温1小时；缓慢调节氩气和氮气流量至氩氮比为2:1，气压提升至40pa。缓慢提升源极电压至750v；工件极电压至450v，保温3小时；缓慢调节氩气和氮气流量至氩氮比为3:1，气压下降至30pa。缓慢降低源极电压至650v，工件极电压至350v，保温1小时；
103.（6’）关闭设备后冷却10h，取出试样，完成ticrn多层梯度复合结构涂层的制备。
104.利用sem观察截面，如图2所示，ticrn多层梯度复合结构涂层由2μm的ticr扩散层21、3μm的第一ticrn层22、3μm的ticr合金沉积层23和6μm的第二ticrn层24构成。通过800℃热震实验测试涂层的结合强度，结果表明经过45次重复实验试样表面仅边角处出现轻微的
起皮、鼓泡，结合效果良好。经高温球-盘式摩擦磨损试验机700℃进行摩擦磨损测试，结果表明ticrn多层梯度复合结构涂层摩擦系数保持在0.71~0.74，复合涂层比磨损率为0.0547mm3·
n-1
·
m-1
。经实验测试，复合结构涂层在宽温域内表现出优秀的润滑减摩效果，在冷热交替的环境中又能保证足够的结合强度。
105.实施例2
106.本实施例提供一种气阀合金表面的复合涂层，如图1所示，所述复合涂层自气阀合金表面包括依次设置的ticr扩散层、第一ticrn层、ticr合金沉积层和第二ticrn层。
107.所述ticr扩散层的厚度为3μm；所述气阀合金中的元素计为基体元素，所述ticr扩散层中含基体元素、ti元素和cr元素，且所述ticr扩散层中ticr含量自气阀合金向第一ticrn层逐渐增加；所述气阀合金中含14.5wt%的cr元素；所述ticr扩散层中cr和ti总含量自14.5wt%%变化至93.8wt%。所述第一ticrn层的厚度为5μm；所述ticr合金沉积层的厚度为3μm；所述ticr合金沉积层的材质为ticr；所述ticr合金沉积层的表面形成有致密cr2o3膜；所述第二ticrn层的厚度为7μm。所述第一ticrn层中n元素的含量自ticr扩散层向ticr合金沉积层逐渐增加，所述ticr合金沉积层中cr元素和ti元素的总含量在第一ticrn层向第二ticrn层的方向上先逐渐增加再逐渐降低，所述第二ticrn层中n元素的含量自ticr合金沉积层向外逐渐增加。
108.本实施例还提供所述气阀合金表面的复合涂层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
109.（1’）将ncf3015气阀合金的块状试样经0#~07#砂纸逐级打磨，用2.5μm的金刚石研磨膏抛光，置于丙酮溶液中超声清洗并干燥；
110.用01#砂纸将试样表面打磨去除氧化层，置于无水乙醇中超声清洗并干燥，放置于双辉设备中；以ti-cr合金靶材为源极，氩气为工作气氛，以试样为工件极，设置靶材下表面与试样上表面间距为35mm，关闭腔室；抽真空至10-3pa以下，通入氩气至200~300pa，再次抽真空至10-3
pa以下，如此洗气3次后，打开工件电源和源极电源。
111.（2’）进行ticr扩散层的沉积：缓慢调整工艺参数至以下范围：调节氩气流量为100sccm，源极电压：430v；工件极电压：350v；工作气压：44pa；保温时间：0.5h；缓慢调整工艺参数至以下范围：源极电压：570v；工件极电压：470v；工作气压：33pa；保温时间：1.5h；缓慢调整工艺参数至以下范围：源极电压：1000v；工件极电压：550v；工作气压：55pa；保温时间：3h。
112.（3’）进行第一ticrn层的沉积：保留氩气气氛并通入氮气，缓慢调整工艺参数至以下范围：源极电压：720v；工件极电压：470v；氩氮比：3:2；工作气压：33pa；保温时间：1h；缓慢调整工艺参数至以下范围：源极电压：800v；工件极电压：600v；氩氮比：1:1；工作气压：33pa；保温时间：2.5h。缓慢调整工艺参数至以下范围：源极电压：650v；工件极电压：450v；氩氮比：3:2；工作气压：33pa；保温时间：1h。
113.（4’）进行ticr沉积层的沉积：关闭氮气，缓慢调整工艺参数至以下范围：源极电压：770v；工件极电压：545v；工作气压：37pa；保温时间：1h。缓慢调整工艺参数至以下范围：源极电压：1000v；工件极电压：600v；工作气压：45pa；保温时间：1h。
114.（5’）进行第二ticrn层的沉积：通入氮气，缓慢调整工艺参数至以下范围：源极电压：650v；工件极电压：450v；氩氮比：3:2；工作气压：33pa；保温时间：1h。缓慢调整工艺参数
至以下范围：源极电压：770v；工件极电压：550v；氩氮比：1:1；工作气压：33pa；保温时间：3.5h。缓慢调整工艺参数至以下范围：源极电压：750v；工件极电压：500v；氩氮比：3:2；工作气压：33pa；保温时间：1h。
115.（6’）关闭设备后冷却10h，取出试样，完成ticrn多层梯度复合结构涂层的制备。
116.制得的ticrn多层梯度复合结构涂层由3μm的ticr扩散层、5μm的第一ticrn层、3μm的ticr合金沉积层和7μm的第二ticrn层构成。通过800℃热震实验测试涂层的结合强度，结果表明经过42次重复实验试样表面仅边角处出现轻微鼓泡，结合效果良好。经高温球-盘式摩擦磨损试验机600~700℃进行摩擦磨损测试，结果表明ticrn多层梯度复合结构涂层摩擦系数保持在0.71~0.74，复合涂层比磨损率为0.0489mm3·
n-1
·
m-1
。经实验测试，复合结构涂层在宽温域内表现出优秀的润滑减摩效果，在冷热交替的环境中又能保证足够的结合强度。
117.实施例3
118.本实施例提供一种气阀合金表面的复合涂层，如图1所示，所述复合涂层自气阀合金表面包括依次设置的ticr扩散层、第一ticrn层、ticr合金沉积层和第二ticrn层。
119.所述ticr扩散层的厚度为2μm；所述气阀合金中的元素计为基体元素，所述ticr扩散层中含基体元素、ti元素和cr元素，且所述ticr扩散层中ticr含量自气阀合金向第一ticrn层逐渐增加；所述气阀合金中含13.5wt%的cr元素，所述ticr扩散层中cr和ti总含量自13.5wt%%变化至98.3wt%。所述第一ticrn层的厚度为4μm；所述ticr合金沉积层的厚度为5μm；所述ticr合金沉积层的材质为ticr；所述ticr合金沉积层的表面形成有致密cr2o3膜；所述第二ticrn层的厚度为8μm。所述第一ticrn层中n元素的含量自ticr扩散层向ticr合金沉积层逐渐增加，所述ticr合金沉积层中cr元素和ti元素的总含量在第一ticrn层向第二ticrn层的方向上先逐渐增加再逐渐降低，所述第二ticrn层中n元素的含量自ticr合金沉积层向外逐渐增加。
120.本实施例还提供所述气阀合金表面的复合涂层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
121.（1’）将气阀合金的试样经0#~07#砂纸逐级打磨，用2.5μm的金刚石研磨膏抛光，置于丙酮溶液中超声清洗并干燥；用01#砂纸将表面打磨去除氧化层，置于无水乙醇中超声清洗并干燥，放置于双辉设备中；将试样放置于双辉设备中，以试样为工件极，ti-cr合金靶材为源极，设置靶材下表面与试样上表面间距为40mm，关闭腔室；打开冷却循环水和机械泵，抽真空至10-3
pa以下，通入氩气洗气，腔室气压达到200pa时将氩气流量调至0，抽气至10-3
pa以下，重复以上洗气步骤3次；
122.（2’）进行ticr扩散层的沉积：调节氩气流量为100sccm，控制机械泵阀门使炉内气压稳定在40pa，打开工件极电源并升压至300v，利用辉光清洗试样表面40min，打开ti-cr合金靶材源极电源并升压至450v，清洗靶材表面40min；
123.打开工件电源和源极电源，缓慢调整工艺参数至以下范围：源极电压：500v；工件极电压：400v；工作气压：45pa；保温时间：0.5h。缓慢调整工艺参数至以下范围：源极电压：580v；工件极电压：480v；工作气压：38pa；源极与工件极间距：37mm；保温时间：1.5h。缓慢调整工艺参数至以下范围：源极电压：920v；工件极电压：480v；工作气压：55pa；源极与工件极间距：37mm；保温时间：3h。
124.（3’）进行ticr扩散层的沉积：通入氮气，缓慢调整工艺参数至以下范围：源极电压：710v；工件极电压：400~500v；氩氮比：3:2；工作气压：38pa；源极与工件极间距：37mm；保温时间：1h。缓慢调整工艺参数至以下范围：源极电压：850v；工件极电压：550v；氩氮比：1:1；工作气压：38pa；源极与工件极间距：37mm；保温时间：2h。缓慢调整工艺参数至以下范围：源极电压：750v；工件极电压：500v；氩氮比：3:2；工作气压：38pa；源极与工件极间距：37mm；保温时间：1h。
125.（4’）进行第一ticrn层的沉积：关闭氮气，缓慢调整工艺参数至以下范围：源极电压：840v；工件极电压：540v；工作气压：38pa；源极与工件极间距：37mm；保温时间：1h。缓慢调整工艺参数至以下范围：源极电压：960v；工件极电压：600v；工作气压：45pa；源极与工件极间距：37mm；保温时间：1h。
126.（5’）通入氮气，缓慢调整工艺参数至以下范围：源极电压：750v；工件极电压：500v；氩氮比：3:2；工作气压：38pa；源极与工件极间距：37mm；保温时间：1h。缓慢调整工艺参数至以下范围：源极电压：850v；工件极电压：550v；氩氮比：1:1；工作气压：38pa；源极与工件极间距：37mm；保温时间：3h。缓慢调整工艺参数至以下范围：源极电压：750v；工件极电压：500v；氩氮比：3:2；工作气压：38pa；源极与工件极间距：37mm；保温时间：1h。
127.（6’）关闭设备后冷却10h，取出试样，完成ticrn多层梯度复合结构涂层的制备。
128.制得的ticrn多层梯度复合结构涂层由2μm的ticr扩散层、4μm的第一ticrn层、5μm的ticr合金沉积层和8μm的第二ticrn层构成。通过800℃热震实验测试涂层的结合强度，结果表明经过40次重复实验试样表面出现轻微起皮与开裂，结合效果良好。经高温球-盘式摩擦磨损试验机700℃进行摩擦磨损测试，结果表明ticrn多层梯度复合结构涂层摩擦系数保持在0.71~0.74，复合涂层比磨损率为0.0503mm3·
n-1
·
m-1
。经实验测试，复合结构涂层在宽温域内表现出优秀的润滑减摩效果，在冷热交替的环境中又能保证足够的结合强度。
129.实施例4
130.本实施例提供一种气阀合金表面的复合涂层，所述复合涂层除ticr沉积层的厚度为1.0μm外，其余均与实施例1相同，在此不再赘述。
131.实施例5
132.本实施例提供一种气阀合金表面的复合涂层，所述复合涂层除ticr沉积层的厚度为7.8μm外，其余均与实施例1相同，在此不再赘述。
133.实施例6
134.本实施例提供一种气阀合金表面的复合涂层，所述复合涂层除ticr扩散层的厚度为6μm外，其余均与实施例1相同，在此不再赘述。
135.实施例7
136.本实施例提供一种气阀合金表面的复合涂层，所述复合涂层除ticr扩散层的厚度为1μm外，其余均与实施例1相同，在此不再赘述。
137.对比例1
138.本对比例提供一种气阀合金表面的复合涂层，所述复合涂层除不设置第一ticrn层外，其余均与实施例1相同，在此不再赘述。
139.对比例2
140.本对比例提供一种气阀合金表面的复合涂层，所述复合涂层除不设置ticr扩散层
外，其余均与实施例1相同，在此不再赘述。
141.对比例3
142.本对比例提供一种气阀合金表面的复合涂层，所述复合涂层除不设置ticr沉积层外，其余均与实施例1相同，在此不再赘述。
143.对比例4
144.本对比例提供一种气阀合金表面的复合涂层，所述复合涂层除仅含第二ticrn层外，其余均与实施例1相同，在此不再赘述。
145.对比例5
146.本对比例提供一种气阀合金表面的复合涂层，所述复合涂层除ti-cr合金靶材替换为ti靶材，即各层分别为ti扩散层、第一tin层、ti沉积层和第二tin层外，其余均与实施例1相同，在此不再赘述。
147.测试方法：实施例4~7和对比例1~5以及气阀合金自身进行高温球-盘式摩擦磨损试验机700℃进行摩擦磨损测试，统计摩擦系数和涂层比磨损率。800℃热震实验测试涂层的结合强度，计算第几次热震试验出现鼓泡，结果如表1所示。
148.从表1可以看出如下几点：
149.（1）综合实施例1~3可以看出，本发明提供的气阀合金表面的复合涂层磨损比率小，均在0.06mm3·
n-1
·
m-1
以下，而且摩擦系数在0.71~0.74以内，700℃热震实验测试涂层的结合强度发现均可耐受40次以上；
150.（2）综合实施例1和实施例4~7可以看出，实施例4、5改变了ticr沉积层的厚度，ticr沉积层厚度过小或过大均会影响性能；实施例6、7改变了ticr扩散层的厚度，扩散层厚度过厚或过薄均会降低复合涂层的热震性能，但对摩擦系数和比磨损率的影响不大，由此表明，本发明通过将各层的厚度控制在特定范围内，更有利于保障复合涂层的热震性能、摩擦系数和比磨损率均在较优范围内；
151.（3）综合实施例1和对比例1~4可以看出，对比例1~3中，改变了涂层的结构，极大地降低了涂层的使用性能；而对比例4仅制备了ticrn层，热震性能与磨损性能大幅下降，难以达到服役要求；对比例5将ticr靶材更换为ti靶材，制备出的复合涂层热震新能有一定的下降，且摩擦系数变得极其不稳定，比磨损率增大明显，由此表明，本发明通过设置特定顺序的复合涂层结构，各层之间相互协同，显著提高了复合涂层的服役性能。
152.表1
[0153][0154]
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

技术特征：
1.一种气阀合金表面的复合涂层，其特征在于，所述复合涂层自气阀合金表面包括依次设置的ticr扩散层、第一ticrn层、ticr合金沉积层和第二ticrn层。2.根据权利要求1所述的气阀合金表面的复合涂层，其特征在于，所述气阀合金中的元素计为基体元素，所述ticr扩散层中含基体元素、ti元素和cr元素，且所述ticr扩散层中ticr含量自气阀合金向第一ticrn层逐渐增加；所述第一ticrn层中n元素的含量自ticr扩散层向ticr合金沉积层逐渐增加；所述ticr合金沉积层中cr元素和ti元素的总含量在第一ticrn层向第二ticrn层的方向上先逐渐增加再逐渐降低；所述第二ticrn层中n元素的含量自ticr合金沉积层向外逐渐增加。3.根据权利要求1或2所述的气阀合金表面的复合涂层，其特征在于，所述ticr扩散层的厚度为2~4μm；所述第一ticrn层的厚度为3~5μm；所述ticr合金沉积层的厚度为3~5μm；所述第二ticrn层的厚度为6~8μm。4.一种气阀合金表面的复合涂层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：（1）在气阀合金的表面制备ticr扩散层；（2）在ticr扩散层的表面原位制备第一ticrn层；（3）在第一ticrn层的表面原位制备ticr合金沉积层；（4）在ticr合金沉积层的表面原位制备第二ticrn层。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）~步骤（4）中各层的制备工艺各自独立地采用双层辉光等离子表面冶金技术。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述制备ticr扩散层包括：以ti-cr合金靶材为源极，以气阀合金为工件极，抽真空后并通入工作气氛进行洗气，然后在工作气氛下进行ticr扩散层的沉积；步骤（2）中所述制备第一ticrn层包括：以ti-cr靶材为源极，以气阀合金为工件极，然后在工作气氛下进行第一ticrn层的沉积；所述工作气氛包括氩气和氮气组合的气氛；步骤（3）中所述制备ticr沉积层包括：以ti-cr靶材为源极，以气阀合金为工件极，然后在工作气氛下进行ticr沉积层的沉积；所述工作气氛为氩气气氛；步骤（4）中所述制备第二ticrn层包括：以ti-cr靶材为源极，以气阀合金为工件极，然后在工作气氛下进行第二ticrn层的沉积；所述工作气氛包括氩气和氮气的组合气氛。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述进行ticr扩散层的沉积包括：在第一参数条件下进行第一段沉积，然后第一缓慢调整至第二参数条件，进行第二段沉积，再第二缓慢调整至第三参数条件，进行第三段沉积；所述进行第一ticrn层的沉积包括：在第四参数条件下进行第四段沉积，然后第三缓慢调整至第五参数条件，进行第五段沉积，继续第四缓慢调整至第六参数条件，进行第六段沉积；所述进行ticr沉积层的沉积包括：在第七参数条件下进行第七段沉积，然后第五缓慢调整至第八参数条件，进行第八段沉积；
所述进行第二ticrn层的沉积包括：在第九参数条件下进行第九段沉积，然后第六缓慢调整至第十参数条件，进行第十段沉积，继续第七缓慢调整至第十一参数条件，进行第十一段沉积。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述第一参数条件包括源极电压：350~500v；工件极电压：350~400v；工作气压：40~50pa；源极与工件极的间距：30~40mm；所述第一段沉积的保温时间为0.1~0.8h；所述第二参数条件包括源极电压：500~600v；工件极电压：400~500v；工作气压：30~40pa；源极与工件极的间距：30~40mm；所述第二段沉积的保温时间为1~1.5h；所述第三参数条件包括源极电压：900~1000v；工件极电压：450~550v；工作气压：50~60pa；源极与工件极的间距：30~40mm；所述第三段沉积的保温时间为2.5~3h；所述第四参数条件包括源极电压：650~750v；工件极电压：400~500v；工作气压：30~40pa；源极与工件极的间距：30~40mm；工作气氛中氩气和氮气的摩尔比为1.0~2.0:1；所述第四段沉积的保温时间为0.5~1h；所述第五参数条件包括源极电压：750~850v；工件极电压：500~600v；工作气压：30~40pa；源极与工件极的间距：30~40mm；工作气氛中氩气和氮气的摩尔比为0.5~1.5:1；所述第五段沉积的保温时间为2~3h；所述第六参数条件包括源极电压：650~750v；工件极电压：400~500v；工作气压：30~40pa；源极与工件极的间距：30~40mm；工作气氛中氩气和氮气的摩尔比为1.0~2.0:1；所述第六段沉积的保温时间为0.5~1h；所述第七参数条件包括源极电压：750~850v；工件极电压：500~550v；工作气压：30~40pa；源极与工件极间距：30~40mm；所述第七段沉积的保温时间为0.5~1h；所述第八参数条件包括源极电压：900~1000v；工件极电压：550~600v；工作气压：40~50pa；源极与工件极间距：30~40mm；所述第八段沉积的保温时间为0.8~1.2h；所述第九参数条件包括源极电压：650~750v；工件极电压：400~500v；工作气压：30~40pa；源极与工件极间距：30~40mm；工作气氛中氩气和氮气的摩尔比为1.0~2.0:1；所述第九段沉积的保温时间为1~1.5h；所述第十参数条件包括源极电压：750~850v；工件极电压：500~600v；工作气压：30~40pa；源极与工件极间距：30~40mm；工作气氛中氩气和氮气的摩尔比为0.8~1.2:1；所述第十段沉积的保温时间为3~3.5h；所述第十一参数条件包括源极电压：650~750v；工件极电压：400~500v；工作气压：30~40pa；源极与工件极间距：30~40mm；工作气氛中氩气和氮气的摩尔比为1.0~2.0:1；所述第十一段沉积的保温时间为1~1.5h。9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：（1）以ti-cr靶材为源极，以气阀合金为工件极，抽真空后并通入工作气氛进行洗气，然后在工作气氛下，在气阀合金的表面进行ticr扩散层的沉积；
所述进行ticr扩散层的沉积包括：先在源极电压：350~500v；工件极电压：350~400v；工作气压：40~50pa；源极与工件极的间距：30~40mm的第一参数条件下进行第一段沉积0.1~0.8h，再将参数调整至源极电压：500~600v；工件极电压：400~500v；工作气压：30~40pa；源极与工件极的间距：30~40mm的第二参数条件，并在所述第二参数条件下进行第二段沉积1~1.5h，再将参数调整至源极电压：900~1000v；工件极电压：450~550v；工作气压：50~60pa；源极与工件极的间距：30~40mm的第三参数条件，并在所述第三参数条件下进行第三段沉积2.5~3h；（2）以ti-cr靶材为源极，以气阀合金为工件极，然后在工作气氛下进行第一ticrn层的沉积；所述工作气氛包括氩气和氮气组合的气氛；所述进行第一ticrn层的沉积包括：先在源极电压：650~750v；工件极电压：400~500v；工作气压：30~40pa；源极与工件极的间距：30~40mm；工作气氛中氩气和氮气的摩尔比为1.0~2.0:1的第四参数条件下进行第四段沉积0.5~1h，再将参数调整至源极电压：750~850v；工件极电压：500~600v；工作气压：30~40pa；源极与工件极的间距：30~40mm；工作气氛中氩气和氮气的摩尔比为0.5~1.5:1的第五参数条件，并在所述第五参数条件下进行第五段沉积2~3h，再将参数调整至源极电压：650~750v；工件极电压：400~500v；工作气压：30~40pa；源极与工件极的间距：30~40mm；工作气氛中氩气和氮气的摩尔比为1.0~2.0:1的第六参数条件，并在所述第六参数条件下进行第六段沉积0.5~1h；（3）以ti-cr靶材为源极，以气阀合金为工件极，然后在工作气氛下进行ticr沉积层的沉积；所述工作气氛为氩气气氛；所述进行ticr沉积层的沉积包括：先在源极电压：750~850v；工件极电压：500~550v；工作气压：30~40pa；源极与工件极间距：30~40mm的第七参数条件下进行第七段沉积0.5~1h，再将参数调整至源极电压：900~1000v；工件极电压：550~600v；工作气压：40~50pa；源极与工件极间距：30~40mm的第八参数条件，并在所述第八参数条件下进行第八段沉积0.8~1.2h；（4）以ti-cr靶材为源极，以气阀合金为工件极，然后在工作气氛下进行第二ticrn层的沉积；所述工作气氛包括氩气和氮气的组合气氛；所述进行第二ticrn层的沉积包括：先在源极电压：650~750v；工件极电压：400~500v；工作气压：30~40pa；源极与工件极间距：30~40mm；工作气氛中氩气和氮气的摩尔比为1.0~2.0:1的第九参数条件下进行第九段沉积1~1.5h，再将参数调整至源极电压：750~850v；工件极电压：500~600v；工作气压：30~40pa；源极与工件极间距：30~40mm；工作气氛中氩气和氮气的摩尔比为0.8~1.2:1的第十参数条件，并在所述第十参数条件下进行第十段沉积3~3.5h，再将参数调整至源极电压：650~750v；工件极电压：400~500v；工作气压：30~40pa；源极与工件极间距：30~40mm；工作气氛中氩气和氮气的摩尔比为1.0~2.0:1的第十一参数条件，并在所述第十一参数条件下进行第十一段沉积1~1.5h。10.一种气门，其特征在于，所述气门包括权利要求1~3任一项所述的气阀合金表面的复合涂层。

技术总结
本发明提供一种气阀合金表面的复合涂层及其制备方法和气门，所述复合涂层自气阀合金表面包括依次设置的TiCr扩散层、第一TiCrN层、TiCr合金沉积层和第二TiCrN层，所述制备方法包括如下步骤：（1）在气阀合金的表面制备TiCr扩散层；（2）在TiCr扩散层的表面原位制备第一TiCrN层；（3）在第一TiCrN层的表面原位制备TiCr合金沉积层；（4）在TiCr合金沉积层的表面原位制备第二TiCrN层。本发明通过TiCrN多层结构梯度涂层的设计和制备，提高了气门的服役能力。力。力。


技术研发人员：罗长增 魏东博 姚亚俊 张平则
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2023.08.18
技术公布日：2023/9/20