技术特征：
1.一种应力和结构梯度的二硼化钛涂层，其特征在于，二硼化钛涂层自基体向涂层表面由第一层(1)、第二层(2)和第三层(3)组成，其分别为具有不同残余内应力、显微结构和机械性能的tib2层，各tib2层排列组成顺序为1-2-3、3-2-1、1-1-2、1-1-3、2-2-1、2-2-3、3-3-1、3-3-2、1-3-2、2-3-1、2-1-3、2-1-1、3-1-1或3-1-2组合。2.根据权利要求1所述的应力和结构梯度的二硼化钛涂层，其特征在于，残余内应力均为压应力状态，控制应力范围为0.2～2.0gpa，残余内应力由基体向表面逐层降低，或由基体向表面逐层升高，形成应力梯度结构。3.根据权利要求1所述的应力和结构梯度的二硼化钛涂层，其特征在于，第一层为具有粗大柱状晶结构的tib2晶体层，柱状晶晶粒宽度为100～200nm，硬度为15～20gpa，层厚为目标二硼化钛涂层总厚度的10～40％；第二层为具有细密柱状晶的tib2晶体层，柱状晶晶粒宽度为10～100nm，硬度为20～30gpa，层厚为目标二硼化钛涂层总厚度的10～40％；第三层为具有无明显晶体特征的tib2层，x射线衍射方法测量晶粒尺寸为5～50nm，硬度大于30gpa，层厚为目标二硼化钛涂层去除第一层和第二层的剩余厚度。4.根据权利要求1所述的应力和结构梯度的二硼化钛涂层，其特征在于，涂层总厚度为0.1～5.0μm，第一层厚度为0.1～2.0μm，第二层厚度为0.1～2.0μm。5.一种权利要求1或2或3或4所述的应力和结构梯度的二硼化钛涂层的制备方法，其特征在于，采用物理气相沉积工艺，通过控制常规工艺参数，原位在钛合金、镁合金或不锈钢表面沉积应力和结构梯度二硼化钛涂层。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，采用磁控溅射技术制备二硼化钛涂层，具体步骤如下：a)样品清洗和安装；b)抽真空和样品烘烤；c)样品基体等离子体溅射清洗；d)溅射参数连续调控多段溅射沉积。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中的样品先后分别使用丙酮和无水乙醇超声波震荡清洗15～20min，而后使用干燥压缩空气吹干。8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中真空室抽至背底真空(1～5)
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pa，而后烘烤样品温度为100～300℃，保温时间5～10min。9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤c)中向真空室馈入ar气流量为10～80sccm，维持真空室内气压0.5～2.0pa，样品施加-400～-600v直流偏压对样品进行等离子体溅射清洗，溅射清洗时间10～20min。10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤d)中向真空室馈入ar气流量为5～40sccm，维持真空室内气压0.1～1.0pa，一块或两块以上烧结tib2陶瓷溅射靶材施加功率为100～1200w，样品与靶材间距为50～250mm，基体负偏压0～200v；通过连续调控气压、溅射功率、靶基距和基体负偏压，分段沉积获得应力和结构梯度二硼化钛涂层。
技术总结
本发明属于材料表面工程领域，涉及一种原位沉积的应力和结构梯度的二硼化钛涂层及其制备方法。该方法通过物理气相沉积工艺参数的综合调控获得具有多层结构和性能梯度的TiB2涂层，第一层、第二层和第三层均可由柱状晶或类非晶结构组成；第一层和第二层厚度为涂层总厚度的10～40％，涂层总厚度为0.1～5.0μm，第三层厚度为去除第一层和第二层的剩余厚度。本发明涂层沉积过程中，无需对基体施加正偏压即可获得应力和结构梯度的TiB2涂层，在保证涂层耐磨性前提下，提高涂层整体韧性与膜基结合强度；涂层设计中无其他掺杂元素引入，保留TiB2涂层与Al基金属间较高的化学稳定性，涂层抗Al粘着性能不受影响。粘着性能不受影响。
技术研发人员：吴彼 高禩洋 段德莉 杨晓光 赵智超 李明阳 王鹏
受保护的技术使用者：中国科学院金属研究所
技术研发日：2022.09.09
技术公布日：2023/1/16