本发明属于航空发动机涂层领域，具体涉及一种抗冲蚀涂层的制备方法、涂层结构及构件。
背景技术：
1、航空发动机在服役过程中，会面临复杂而恶劣的工况，如含有沙尘、火山灰、雾霾、雨雾等杂质的工作环境。这些工作环境下高速气流中夹杂的固体颗粒物会对风扇、压气机、导叶等轻质合金制成的转动和非转动部件造成冲蚀，引起表面损伤和严重的性能恶化，降低发动机的安全性、可靠性和可维修性，使得发动机服役寿命缩短。风洞试验表明，直径大于30μm的沙粒能对叶片造成明显的冲蚀磨损，影响叶盘的力学性质、整体结构和气动稳定性，甚至有导致疲劳失效的风险。冲蚀损伤使导致航空发动机性能和疲劳寿命显著下降的关键因素之一。
2、现有部分发动机采用了如tib2等硬质涂层涂覆在轻合金叶片表面以达到抗冲蚀的效果，而为了使基材与涂层牢固结合，往往还会设置梯度层进行过度。然而，发明人认识到，梯度层设置过程中仅考虑基材与硬质层的硬度不足以充分协调不同材料的力学性能，在受力和变形不匹配的情况下现有涂层容易萌生裂纹或剥落。因此，提出一种结合牢固、应力/变形协调性好的抗冲蚀涂层制备方法具有很高的应用价值。
技术实现思路
1、本发明的目的在于，提供一种抗冲蚀涂层的制备方法，以提高涂层与基材的层间结合力和力学性能匹配程度，改善涂层的性能与使用寿命。本发明还提供一种抗冲蚀涂层结构和构件。
2、根据本发明实施例的一个方面，提供一种抗冲蚀涂层的制备方法，用于在基材表面制备包括梯度层和硬质层的涂层结构，该方法包括以下步骤：
3、在基材表面涂覆梯度层，调节所述梯度层的h/e值使其在厚度方向上成梯度分布。
4、对于仅考虑硬质层和基材硬度的复合涂层结构，当两者的弹性模量e相差较大时，界面处承受相同载荷时应变梯度相差很大，导致层间应变不匹配，诱发裂纹或剥落。将比硬度即h/e值作为控制变量来设计梯度层的力学性能参数，综合考虑了不同层的材料在服役工况下承受相同弹性变形状态下抵抗塑性变形的能力，确保界面处的应力应变处于小差异状态，能够预防应变梯度差异大导致的裂纹和剥落，改善涂层性能，提高涂层寿命。
5、进一步地，所述基材和所述梯度层为颗粒增强材料，其中调节所述h/e值的方法为控制增强颗粒的体积或质量百分比。通过控制增强颗粒的体积或质量百分比，能够准确的以量化方式调节梯度层中h/e的变化。
6、进一步地，在涂覆所述梯度层前，还包括以下步骤：在所述基材上制备多个测试样品，所述测试样品中的所述增强颗粒体积或质量分数逐渐增加；分别测量计算各个所述测试样品的h/e值，通过插值法计算出对应硬质层的增强颗粒的体积或质量分数。由此能够方便地获得梯度涂层涂覆过程中参数变化的控制范围。
7、进一步地，所述涂层结构的涂覆方法包括离子镀、pvd或cvd。离子镀、pvd和cvd能够有效涂覆涂层，同时便于进行参数控制。
8、进一步地，硬度h和弹性模量e的数值通过纳米压痕测试获得。通过纳米压痕测试方便快捷，对样品的需求量小，适用于涂层力学性能检测。
9、根据本发明实施例的另一个方面，提供一种抗冲蚀涂层结构，包括基材、梯度层和硬质层，其中，所述梯度层的硬度h与弹性模量e的比值h/e在厚度方向上成梯度分布。h/e成梯度变化的复合涂层结构，使层间应力/应变相协调，改善涂层的性能和使用寿命。
10、进一步地，所述梯度层底层的h/e值与所述基材相同，所述梯度层表层的h/e值与所述硬质层相同。h/e值在界面处成连续分布能够更好地改善层间应力/应变协调。
11、进一步地，所述涂层中所述梯度层厚度为硬质层厚度的1/5至1/3。在不影响涂层功能的情况下控制厚度，降低制造成本。
12、进一步地，所述涂层中的所述硬质层为二元或多元涂层。二元或多元涂层能够提供更好的保护效果。
13、进一步地，所述涂层中的所述硬质层为多层。根据实际服役环境，可以设置不同的涂层层数。
14、进一步地，所述增强颗粒包括tib2、sic、al2o3或b4c。金属或陶瓷材质的硬质颗粒能够有效提高材料性能。
15、根据本发明实施例的又一个方面，提供一种抗冲蚀构件，表面包括涂层结构，其中，所述涂层结构为前述的任一涂层结构。抗冲蚀涂层结构能够有效提高构件的使用寿命和性能。
1.一种抗冲蚀涂层的制备方法，用于在基材表面制备包括梯度层和硬质层的涂层，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的抗冲蚀涂层的制备方法，其特征在于，所述基材和所述梯度层为颗粒增强材料，调节所述h/e值的方法为控制增强颗粒的体积或质量百分比。
3.根据权利要求2所述的抗冲蚀涂层的制备方法，其特征在于，在涂覆所述梯度层前，还包括以下步骤：
4.根据权利要求1或2或3所述的抗冲蚀涂层的制备方法，其特征在于，所述涂层的涂覆方法包括离子镀、pvd或cvd。
5.根据权利要求3所述的抗冲蚀涂层的制备方法，其特征在于，硬度h和弹性模量e的数值通过纳米压痕测试获得。
6.一种抗冲蚀涂层结构，包括基材、梯度层和硬质层，其特征在于，所述梯度层的硬度h与弹性模量e的比值h/e在厚度方向上成梯度分布。
7.根据权利要求6所述的抗冲蚀涂层结构，其特征在于，所述梯度层底层的h/e值与所述基材相同，所述梯度层表层的h/e值与所述硬质层相同。
8.根据权利要求6所述的抗冲蚀涂层结构，其特征在于，所述梯度层厚度为硬质层厚度的1/5至1/3。
9.根据权利要求6所述的抗冲蚀涂层结构，其特征在于，所述硬质层为二元或多元涂层。
10.根据权利要求6所述的抗冲蚀涂层结构，其特征在于，所述硬质层为多层。
11.根据权利要求6所述的抗冲蚀涂层结构，其特征在于，所述增强颗粒包括tib2、sic、al2o3或b4c。
12.一种抗冲蚀构件，表面包括涂层结构，其特征在于，所述涂层结构为权利要求6至10其中任一所述的涂层结构。