本发明涉及表面工程，具体涉及一种应用于太空环境的高性能钛合金涂层及其制备方法。
背景技术：
1、钛合金材料，特别是ti-6al-4v合金，因其优异的比强度和耐腐蚀性，在航空航天领域得到了广泛应用。然而，这种材料的低剪切强度和耐磨性能限制了其在更极端条件下的使用，如太空环境中长期暴露于高速微粒、强烈辐射和极端温差。现有的表面涂层技术，如喷涂mos2和溅射dlc(类金刚石碳)，虽然在一定程度上改善了这些性能，但仍然存在诸多局限性。例如，mos2涂层的附着力较低，而dlc涂层在应用于高温或高动态应力条件下的附着力也不足。此外，这些传统涂层的耐磨性和抗腐蚀性在极端太空环境下也难以满足要求。因此，需要开发一种新型的钛合金表面涂层技术，以提高其在太空环境中的性能，尤其是在耐磨损、耐腐蚀和附着力方面。
技术实现思路
1、本发明提供一种应用于太空环境的高性能钛合金涂层及其制备方法，旨在解决钛合金材料的传统涂层在极端太空环境下耐磨损、耐腐蚀和附着力不足的问题。
2、本发明提供一种应用于太空环境的高性能钛合金涂层，包括基材，所述基材为ti-6al-4v钛合金材料，所述基材上依次设置有铬粘结层、ti/tin梯度层、tialn-crn交替排列的主结构层以及类金刚石碳(dlc)的外部功能层。
3、本发明还提供一种上述的高性能钛合金涂层的制备方法，包括以下步骤：
4、s1.表面处理：对基材的表面进行气体刻蚀处理，刻蚀时间为15-25分钟，使用的气体为氩气(ar)或其他惰性气体(如he、ne等)；
5、s2.将表面处理后的基材放入pvd镀膜设备中分别制备铬粘结层、ti/tin梯度层和tialn-crn交替排列的主结构层，将基材取出；
6、s3.将基材放入pecvd镀膜设备中制备dlc的外部功能层。
7、进一步的，所述铬粘附层的厚度为0.05-0.1μm。
8、进一步的，所述ti/tin梯度层的厚度为1-2μm。
9、进一步的，所述tialn-crn交替排列的主结构层的厚度为2-3μm。
10、进一步的，所述dlc的外部功能层的厚度为1-2μm。
11、进一步的，所述步骤s1之前还包括：将ti-6al-4v钛合金基材表面用离子水进行清洗，去除表面的灰尘杂质，然后放入体积浓度为5％的异丙醇溶液中，进一步清洗去除表面的有机杂质，然后吹干。
12、进一步的，所述步骤s2的具体操作为：将基材传入装有可形成铬粘结层的靶材镀膜腔室，开启泵抽真空及加热装置进行基底加热，使得本底真空达到0.5-1.5pa，及达到200-500℃工艺温度后，向腔室通入10-1000sccm的工艺气体，然后启动溅射电源，设置溅射功率1-15kw，得到铬粘结层；
13、然后，将镀完铬粘结层的基材传入装有可形成ti/tin梯度层的靶材镀膜腔室，加热达到200-500℃工艺温度，向腔室通入工艺气体，设置溅射功率1-15kw，得到ti/tin梯度层；
14、再将镀完ti/tin梯度层的基材传入装有可形成tialn-crn交替排列的主结构层的靶材镀膜腔室，加热达到200-500℃工艺温度，向腔室通入工艺气体，设置溅射功率1-15kw，得到tialn-crn交替排列的主结构层。
15、进一步的，所述工艺气体为ar、n2、o2中的至少一种，其中ar气体流量为10-1000sccm，n2气体流量为10-1000sccm，o2气体流量为10-1000sccm。
16、进一步的，所述步骤s3的具体操作为：
17、1)将基材放入pecvd镀膜设备内可旋转的靶台上，利用抽真系统抽真空至5.0×10-3pa，通入ar，启动射频对样件进行ar等离子体溅射清洗；
18、2)向反应室通入c2h2(或为ch4或c3h8)、ar和n2，控制流量比为3:4-6:1-2，调节偏压至-1000--600v，控制占空比为20-30％，脉冲频率为1200-1500hz，保持气压为0.5-1.5pa，沉积时间为30-40min，在基材表面获得dlc的外部功能层。
19、与现有技术相比，本发明的有益效果为：
20、(1)本发明提供一种应用于太空环境的高性能钛合金涂层及其制备方法，其中涂层包括依次设置有铬粘结层、ti/tin梯度层、tialn-crn交替排列的主结构层以及类金刚石碳(dlc)的外部功能层，其中tialn-crn交替排列的主结构层为纳米层状结构，其不仅能够显著提高涂层的热稳定性，使其能够应用于温度极端变化的太空环境(如：月球)；并且这种纳米层状结构能够中和其他层中不同材料的热膨胀系数的差异，减轻由于温度变化引起的内部应力，从而提高整体的耐热震性；不仅如此，这种纳米层状结构还可以提高抗裂纹扩展的能力，从而提高涂层的整体耐久性，增强机械性能和耐磨性；
21、(2)本发明的涂层还将硬度较高的材料(如tialn)与具有良好韧性的材料(如crn)结合，可以在硬度和韧性之间达到更好的平衡，这种组合比单一材料更能抵抗磨损和撞击；本发明的涂层中的类金刚石碳(dlc)的外部功能层提供了低摩擦系数，不仅提供持续的低摩擦特性，而且在极端条件下(如真空和高辐射环境)保持了良好的润滑性；
22、(3)本发明的涂层包括相邻设置的粘结层(如铬或镍)以及梯度层(如ti/tin)可以显著提高各层之间的粘接强度，确保在极端环境下涂层的稳定性和持久性；梯度层的引入还有助于平滑各层之间的热和机械性能差异，从而提高了整体结构的稳定性；
23、(4)本发明的涂层结合使用具有不同抗腐蚀特性的材料(如crn和dlc)，可以提供更全面的保护，使其在温度极端变化的太空环境(如：月球)中，特别是在暴露于太阳辐射和微粒撞击的情况下仍能保持持久良好的性能。
1.一种应用于太空环境的高性能钛合金涂层，包括基材，其特征在于，所述基材为ti-6al-4v钛合金材料，所述基材上依次设置有铬粘结层、ti/tin梯度层、tialn-crn交替排列的主结构层以及dlc的外部功能层。
2.一种如权利要求1所述的高性能钛合金涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述铬粘附层的厚度为0.05-0.1μm。
4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述ti/tin梯度层的厚度为1-2μm。
5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述tialn-crn交替排列的主结构层的厚度为2-3μm。
6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述dlc的外部功能层的厚度为1-2μm。
7.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1之前还包括：清洗基材表面，然后放入体积浓度为5％的异丙醇溶液中进一步清洗。
8.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2的具体操作为：将基材传入装有可形成铬粘结层的靶材镀膜腔室，开启泵抽真空及加热装置进行基底加热，使得本底真空达到0.5-1.5pa，及达到200-500℃工艺温度后，向腔室通入10-1000sccm的工艺气体，然后启动溅射电源，设置溅射功率1-15kw，得到铬粘结层；
9.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述工艺气体为ar、n2、o2中的至少一种，其中ar气体流量为10-1000sccm，n2气体流量为10-1000sccm，o2气体流量为10-1000sccm。
10.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s3的具体操作为：
