多弧離子鍍鋁+加弧輝光滲鉻+反沖離子注入制備Fe-Al-Cr合金層技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明屬于金屬表面改性領(lǐng)域。具體涉及采用多弧離子鍍技術(shù)鍍Al、加弧輝光滲Cr和反沖離子注入相結(jié)合，制備合金元素均勻分布的Fe-Al-Cr涂層。

背景技術(shù)：
Fe-Al-Cr涂層具有優(yōu)異抗高溫沖蝕和耐磨損性能，在高溫下形成的致密氧化膜對基體具有保護(hù)作用，故可用于石油化工、航空航天等領(lǐng)域，解決其關(guān)鍵零部件在使用過程中因高溫燃?xì)夂惋w灰而引起的沖蝕磨損問題。到目前為止，已采用高速電弧噴涂和超音速電弧噴涂等表面處理技術(shù)制備出Fe-Al-Cr涂層，但存在與基體的結(jié)合強(qiáng)度低、界面處熱應(yīng)力較大、易夾雜氧化物且污染環(huán)境等問題。目前已有發(fā)明專利ZL201310076784.1采用雙輝等離子表面冶金技術(shù)和發(fā)明專利CN201410780471.9采用雙輝技術(shù)和離子注入相結(jié)合的方法制備Fe-Al-Cr涂層，但兩種方法均存在表面Al貧化的問題，涂層中Fe、Al、Cr等合金元素呈梯度分布，而非均勻分布，故易造成Al集中于涂層中部，形成高Al脆性相而使得涂層的使用壽命降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明解決的關(guān)鍵技術(shù)問題是避免涂層亞表面附近高Al脆性相的析出，保證Fe、Al、Cr三種合金元素沿截面方向均勻分布，提高涂層的使用壽命，尤其改善其抗高溫氧化性和耐摩擦磨損性能。為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了多弧離子鍍鋁+加弧輝光滲鉻+反沖離子注入制備Fe-Al-Cr合金層的方法，具體步驟如下：步驟1：首先對鋼材表面進(jìn)行預(yù)表面處理，經(jīng)超聲清洗后烘干；步驟2：采用多弧離子鍍技術(shù)鍍Al；步驟3：采用加弧輝光技術(shù)滲Cr；步驟4：采用反沖離子注入技術(shù)轟擊材料表面的薄膜。其中步驟1中所述的拋光為對鋼材進(jìn)行研磨和拋光處理，使其表面粗糙度Ra達(dá)到0.5～2μm，超聲時(shí)間為30min。其中步驟2中采用多弧離子鍍技術(shù)在普通鋼材表面鍍Al，其中靶材為99.99％Al。具體選用的工藝參數(shù)是：Ar氣流量：25～35SCCM，工作氣壓：0.4～0.6Pa，靶源電流：50～60A，基體負(fù)偏壓：-45～-25V，沉積溫度：100～150℃，沉積時(shí)間：20～40min，沉積速率：0.2～0.4μm/min。其中步驟3中采用加弧輝光技術(shù)在步驟2中所得的多弧離子鍍Al層外表面再進(jìn)行滲Cr處理，其中靶材為99.99％Cr。具體選用的工藝參數(shù)是：Ar氣氣壓：25～45Pa，電弧電流：60～80A，極間距：100～140mm，偏壓：500～700V，溫度：800～900℃，工作時(shí)間60～100min。其中步驟4中采用反沖離子注入技術(shù)對上述制備所得的鍍Al和滲Cr合金層進(jìn)行離子轟擊，具體選用的工藝參數(shù)是：離子能量：150～200keV，束流：1～5mA，注入時(shí)間20～40min。采用以上方法制備所得的Fe-Al-Cr涂層，各合金元素沿截面方向均勻分布，形成Fe2AlCr、Fe3Al、FeAl、Cr23C6等具有高硬度、高強(qiáng)度的化合物相。本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)在于充分發(fā)揮了多弧離子鍍技術(shù)、加弧輝光離子滲鍍技術(shù)和離子注入該三項(xiàng)技術(shù)的各自特點(diǎn)，利用其協(xié)同作用原理，最終實(shí)現(xiàn)制備出不含高Al相、元素分布均勻、性能優(yōu)異的Fe-Al-Cr涂層。首先采用多弧等離子鍍技術(shù)在普通碳鋼表面形成鍍Al層，其原理是將純Al靶作為蒸發(fā)源(陰極)，通過與陽極殼體之間的弧光放電，使靶材蒸發(fā)并離化，形成空間等離子體，對工件進(jìn)行沉積鍍覆。該技術(shù)的突出優(yōu)勢是離化率高、沉積速率高，且工作溫度低，不易造成Al的反濺射現(xiàn)象，在基體表面形成Fe-Al金屬間化合物。故采用該技術(shù)在鋼材表面鍍Al，可大幅度降低采用雙輝技術(shù)滲Al而產(chǎn)生的表面Al貧化現(xiàn)象，以及采用離子注入技術(shù)注Al而產(chǎn)生的注入深度淺(〈1μm)的不足。再采用加弧輝光離子滲鍍技術(shù)在已有的鍍Al層外沉積Cr，充分利用輝光放電與弧光放電，依靠擴(kuò)散和離子轟擊作用快速滲入已有材料的表面，形成Al-Cr化合物；最后采用反沖離子注入技術(shù)，即利用反沖離子(惰性離子)轟擊材料表面，使涂層中的合金原子(Al和Cr)在高能離子的轟擊作用下，進(jìn)入基體表面，形成最終所需的Fe-Al-Cr金屬間化合物，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了合金元素的均勻分布。附圖說明圖1：本發(fā)明的步驟1表面預(yù)處理的示意圖。圖2：本發(fā)明的...