[發(fā)明專利]一種碳化鈦基多元陶瓷涂層的制備方法

無效

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• 申請日: 2010-02-05
• 公開（公告）號: CN101798696A
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發(fā)明（設計）人: 揭曉華
• 申請（專利權）人: 廣東工業(yè)大學
• 主分類號: C25D11/00
• 分類號: C25D11/00;B22F3/16
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發(fā)明涉及一種碳化鈦基多元陶瓷涂層的制備方法，屬于高耐磨性陶瓷涂層制備方法。

背景技術

耐磨鍍層制備是當前材料表面技術中最活躍的研究領域。利用各種技術制備的多元陶瓷涂層具有高的耐磨性、硬度和耐蝕性，在工模具和材料裝飾上有廣泛的應用。多元涂層與單一涂層相比在工模具中所具有的主要特性是：

(1)多元涂層具有比單一涂層更高的硬度；

(2)多元涂層具有比單一涂層更高的耐熱性及高溫抗氧化性；

(3)多元涂層具有比單一涂層更低的摩擦系數(shù)，耐磨性能更加顯著；

(4)多元涂層具有非常好的致密性；

(5)有些組元的加入還有助于提高涂層與基體的結合力；

(6)多元涂層使得工模具的加工性能進一步提高，耐用度增加。

當前，金屬碳、氮化合物多元陶瓷涂層的制備方法主要有：化學氣相沉積(CVD)和物理氣相沉積(PVD)、自蔓延高溫合成(SHS)等技術，當采用這些技術形成金屬-多元陶瓷表面復合材料時，由于沉積溫度高(一般情況下PVD高于500℃，CVD高于800℃，SHS高于800℃)，而在一定程度上限制了他們的應用范圍，因此，低溫沉積技術引起了世界范圍內的廣泛興趣，人們迫切需要尋求一種低溫沉積多元陶瓷涂層的技術來彌補上述技術方法的不足。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服上述多元陶瓷涂層的制備方法缺點而提供一種膜基結合力高，膜層硬度高，基體不會產生變形，不需大型專用鍍膜裝置，不必抽真空，制備成本低的碳化鈦基多元陶瓷涂層的制備方法。

本發(fā)明提供的一種碳化鈦基多元陶瓷涂層的制備方法，包括有下列步驟：

1)將粉體燒結塊體金屬電極1及工件電極4置入煤油2中；

2)將脈沖電源3的陽極與粉體燒結塊體金屬電極1連接，將脈沖電源3的陰極與工件電極4連接；

3)接通脈沖電源3，粉體燒結塊體金屬電極1在液相介質中放電而釋放出的Ti及其它金屬Me離子與煤油2中電離出來的C離子在等離子體作用下進行電化學反應，合成碳化鈦基多元陶瓷涂層5，并沉積在工件電極4的表面；

上述步驟1)中粉體燒結塊體金屬電極1是采用金屬Ti粉體與其它金屬Me粉體按重量比為70～90∶30～10的粉體模壓成型后在真空燒結爐中進行高溫燒結制成，Me是指Al、W或Zr元素。

上述粉體燒結塊體金屬電極1與工件電極4之間的間距為30～50μm。

上述脈沖電源3為直流脈沖電源，其峰值電流15～30A，脈沖寬度8～25μs，加工時間10～30min。

上述粉體燒結塊體金屬電極模壓成型壓力為5.0t/cm²，粉體粒度為50μm，直徑φ10mm。

上述粉體燒結塊體金屬電極燒結工藝為：粉末壓結成型后在真空燒結爐中進行燒結，燒結過程分四個階段，第一段手動加熱至200℃，所用時間為10min，溫度到達200℃后啟動自動加熱；第二段加熱時間為2h溫度達到1270℃；第三段溫度達到1270℃時開始保溫，保溫時間為2h，保溫過程中最高溫度為1279℃，最低溫度為1269℃；第四段為冷卻過程，電極在真空燒結爐中緩慢冷卻，溫度降至200℃后關閉真空燒結爐，待溫度降至室溫取出電極。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明將特制的Ti、Me粉末燒結體復合電極置入含C的液體介質中。利用電極在液相介質中放電而釋放出的金屬離子與液相電離出來的非金屬離子C合成(Ti，Me)C復合陶瓷涂層，它改變了傳統(tǒng)的電火化強化涂層材料僅由陽極提供，無液相反應存在，放電在空氣中進行，涂層表面粗糙、厚度與表面粗糙度不易協(xié)調，強化層成分不均勻、沉積效率低下的缺點。

(2)本方法在保持液相沉積在常溫下成膜，基體不會產生變形，無殘余應力，無氧化，薄膜均勻的優(yōu)點的同時，克服了其液相反應影響因素多，工業(yè)穩(wěn)定性差的缺點。與液相沉積技術相比，沉積過程不是單純依靠液中的化學反應，本方法中液相提供非金屬離子，而金屬離子則由陽極提供，依靠液中放電產生的低溫高能等離子體進行薄膜合成并沉積，因此工藝穩(wěn)定性高。

a)膜基結合力高，因為它不是單純地在基體表面沉積陶瓷涂層，而是有過渡層的產生，當脈沖等離子體剛開始轟擊基體材料表面時，會產生離子注入效應，并可以濺射出基體材料的原子和離子，從而使等離子體也可以與基體材料發(fā)生化學反應，在界面處形成化合物過渡層，使薄膜與基體的結合力得到保證；

c)由于放電通道極小，對整個液體而言，其整體溫度并不高，因此，可在常溫下成膜，基體不會產生變形；