[發(fā)明專利]一種高耐磨碳化硼涂層及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210148858.3
• 申請(qǐng)日: 2012-05-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103422048A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱慧穎;牛亞然;林初城;黃利平;鄭學(xué)斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類(lèi)號(hào): C23C4/12
• 分類(lèi)號(hào): C23C4/12;C23C4/04
• 代理公司: 上海海頌知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31258
• 代理人: 何葆芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碳化硼涂層及其制備方法，具體說(shuō)，是涉及一種具有高耐磨性能的碳化硼涂層及其制備方法，屬于耐磨材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

碳化硼是一種共價(jià)鍵極強(qiáng)的非氧化物陶瓷，硬度非常高，僅次于金剛石和立方氮化硼。作為一種有希望廣泛應(yīng)用于耐摩擦磨損領(lǐng)域的涂層材料，碳化硼近年來(lái)受到國(guó)內(nèi)外一些研究機(jī)構(gòu)的廣泛關(guān)注。如美國(guó)通用汽車(chē)公司在齒輪表面涂覆一層碳化硼涂層，減少齒面磨損，延長(zhǎng)了齒輪壽命。

目前制備碳化硼涂層的方法包括氣相沉積、等離子體噴涂、真空鍍膜、離子濺射、氣體轉(zhuǎn)換、反應(yīng)燒結(jié)等，其中有關(guān)氣相沉積和等離子體噴涂的報(bào)道最多。利用氣相沉積法制得的碳化硼涂層均勻致密，但沉積溫度過(guò)高，而耐磨涂層實(shí)際使用條件下的基體多為鋁合金和不銹鋼，這勢(shì)必限制了涂層的使用范圍。等離子噴涂法的生產(chǎn)效率比較高，可以制成較厚的碳化硼涂層，在金屬基片上直接采用真空等離子噴涂法就可以實(shí)現(xiàn)200~300μm厚的B₄C涂層。然而，碳化硼材料的低熱導(dǎo)率和等離子體噴涂技術(shù)的工藝特點(diǎn)，決定了涂層較高的氣孔率，一定程度上制約了涂層在耐磨材料領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用。另外，隨著科技的不斷發(fā)展，對(duì)涂層材料的使用環(huán)境亦提出了更高的要求。因此，如何改善采用等離子體噴涂技術(shù)制備的碳化硼涂層的結(jié)構(gòu)與耐磨性能成為了一個(gè)值得研究的課題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種具有高耐磨性能的碳化硼涂層及其制備方法，以滿足碳化硼涂層在耐摩擦磨損領(lǐng)域的應(yīng)用要求。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種高耐磨碳化硼涂層，是由碳化硼硬質(zhì)相和富鎳連續(xù)相組成的B₄C-Ni復(fù)合涂層，且所述富鎳連續(xù)相中含有單質(zhì)Ni、Ni-B化合物和Ni-C化合物。

作為一種優(yōu)選方案，所述高耐磨碳化硼涂層中的鎳含量為10~20vol%(體積百分比)。

作為進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述的高耐磨碳化硼涂層的厚度為200~500μm。

一種所述的高耐磨碳化硼涂層的制備方法，是采用真空等離子體噴涂技術(shù)在金屬基材上噴涂B₄C-Ni復(fù)合粉體。

作為一種優(yōu)選方案，所述的金屬基材為不銹鋼。

作為一種優(yōu)選方案，進(jìn)行真空等離子體噴涂的工藝參數(shù)如下：等離子體氣體Ar流量為35～50標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘；等離子體氣體H₂流量為8～18標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘；粉末載氣Ar流量為2～4標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘；噴涂距離為120～250毫米；噴涂電流為600～700安培；噴涂壓力為300～600毫巴；送料速率為15～30轉(zhuǎn)/分鐘。

作為一種優(yōu)選方案，所述的B₄C-Ni復(fù)合粉體采用化學(xué)鍍法制備而得。

作為進(jìn)一步優(yōu)選方案，采用化學(xué)鍍法制備B₄C-Ni復(fù)合粉體的工藝包括如下步驟：

a)配制化學(xué)鍍鎳溶液；

b)加熱上述的化學(xué)鍍鎳溶液至83℃，加入碳化硼粉體，攪拌；

c)保溫在85℃進(jìn)行化學(xué)鍍；

d)施鍍1～3小時(shí)后，過(guò)濾，水洗濾渣至中性，干燥，即得B₄C-Ni復(fù)合粉體。

作為更進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述的化學(xué)鍍鎳溶液是由濃度為0.16mol/L的NiSO₄、濃度為0.32mol/L的NaH₂PO₄、濃度為0.75mol/L的NH₄Cl及濃度為0.85mol/L的Na₃C₆H₅O₇水溶液組成，化學(xué)鍍鎳溶液的pH值為6.5。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，因本發(fā)明提供的碳化硼涂層是由碳化硼硬質(zhì)相和富鎳連續(xù)相組成的B₄C-Ni復(fù)合涂層，且所述富鎳連續(xù)相中含有單質(zhì)Ni、Ni-B化合物和Ni-C化合物；因此，本發(fā)明提供的碳化硼涂層的摩擦系數(shù)和磨損率均較純B₄C涂層明顯降低，耐磨性能得到了顯著提高；而且，本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單，可制得厚度達(dá)200~500μm的涂層，能滿足在耐摩擦磨損領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用要求，具有實(shí)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述的B₄C-Ni復(fù)合粉體的截面形貌圖；

圖2為本發(fā)明所述的B₄C-Ni復(fù)合涂層的截面形貌圖；