[發明專利]一種多尺度金屬陶瓷涂層及其制備方法

無效

• 申請號: 201410591646.1
• 申請日: 2014-10-30
• 公開（公告）號: CN104278267A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發明（設計）人: 紀崗昌;王洪濤;陳梟;白小波;董增祥
• 申請（專利權）人: 九江學院
• 主分類號: C23C24/02
• 分類號: C23C24/02
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所 36122
• 代理人: 歐陽沁

技術領域

本發明屬于新型金屬陶涂層的設計與制備等領域，涉及一種多尺度金屬陶瓷涂層及其制備方法，為高韌性和高抗磨性能的金屬陶瓷涂層提供了新工藝。

背景知識

金屬陶瓷是用于制備抗磨零部件的主要材料之一。材料的抗磨性與材料的組織結構有密切關系，而金屬陶瓷中硬質顆粒對抗磨性貢獻與其承受的載荷、磨料特性（硬度、形貌）及接觸區域大小等因素有關。隨著工礦對材料性能要求的提高，單一陶瓷顆粒強化的金屬陶瓷難于滿足不同磨損的要求。對WC-Co金屬陶瓷材料研究表明，陶瓷顆粒大小對其硬度和韌性有不同的影響趨勢，當WC顆粒由微米減到納米尺寸時，WC-Co金屬陶瓷的硬度大幅增加，但材料的韌性有所降低，在微粒磨損條件下基體相中的納米碳化物易于脫落而導致磨損加劇。因此，磨損工礦對金屬陶瓷硬質相尺寸提出了不同要求，細小顆粒陶瓷硬質相強化基體相有利于減小基體相的切削磨損，而較大顆粒陶瓷硬質相能抵御大載荷磨料對整體的磨損，基于多尺度碳化物顆粒基體相強化與強化相匹配的問題，設計多尺度陶瓷硬質相雙相強化金屬陶瓷結構具有一定意義。提高零件表面強度和耐磨性是延長零件壽命的主要途徑之一，而如何在零件表面形成一定厚度的多尺度陶瓷顆粒雙相強化金屬陶瓷是實現上述目標的關鍵所在。超音速火焰噴涂雖然被廣泛用于沉積金屬陶瓷涂層，但對于沉積多尺度陶瓷顆粒的金屬陶瓷粉末，存在細小碳化物顆粒氧化分解和熔化等導致的耐磨性能下降和韌性降低等問題。

冷噴涂是一種基于粒子動能轉化為變形能的材料沉積工藝，可實現材料結構的移植而廣泛用于沉積受熱易于分解和結構轉化、易于塑性變形的材料。但由于連續沉積是依靠粒子塑性變形的固有特性，對于沉積難于變形的材料如陶瓷、高硬度的合金、金屬陶瓷等存在一定的困難。因此，如何在零件表面制備一定厚度的多尺度陶瓷顆粒雙相強化金屬陶瓷，對于解決金屬陶瓷強韌化和涂層制備具有一定理論有意義和實用價值。

本發明其目的就在于提供一種多尺度金屬陶瓷涂層及其制備方法，基于陶瓷顆粒對金屬陶瓷的強化特征，設計具有多尺度陶瓷顆粒特征的涂層結構，即陶瓷顆粒尺度從納米、近（微）納米到微米。涂層具有良好的耐磨性和強韌性，是獲得高耐磨性能和良好韌性金屬陶瓷涂層的一種新方法。

發明內容

為實現上述目的，本發明而采取的技術方案，包括沉積用原始粉末的選擇和沉積工藝的制定。

本發明一種多尺度金屬陶瓷涂層及其制備方法，金屬陶瓷涂層使用的噴涂粉末由納米、亞微米和微米級的陶瓷粉末組成。納米、亞微米和微米級陶瓷粉末的粒徑范圍依次為：<100?nm、200～500?nm、0.6-2.5μm，質量百分含量依次為15%～20%、25%～35%、45%～55%。

冷噴涂工藝條件為：

采用氮氣作為送粉末氣體和預熱加速氣體，預熱加速氣體的溫度、壓力分別為650～800℃、2.0～2.2MPa，送粉氣體的溫度、壓力分別為100～500℃和2.2～2.4MPa。

所述的陶瓷粉末可以是碳化物、氮化物、硼化物、硫化物、磷化物、金剛石陶瓷顆粒中的一種或幾種。

所述的陶瓷粉末的孔隙率在5%～30%。

本發明的優點

本發明所述的多尺度陶瓷粉末雙相強化是指納米級陶瓷粉末對基體相的整體強化和亞微米和微米級粉末的支撐強化，基體強化相的尺度依據陶瓷承受的磨損載荷和磨料特性確定，可從納米、亞微米到微米，支撐強化的陶瓷顆粒尺度主要為微米陶瓷粉末。

本發明優點在于，一是設計了多尺度陶瓷粉末強化涂層結構，以納米級粉末實現基體相整體強化，及亞微米和微米級粉末實現支撐強化和改善韌性，使金屬陶瓷涂層獲得良好的耐磨性和強韌性的涂層結構。二是采用冷噴涂工藝和合理孔隙率的金屬陶瓷粉末，結合控制冷噴涂沉積工藝中預熱加速氣體和送粉氣體的溫度和壓力，改善金屬陶瓷粉末的沉積特性和沉積效率，實現難變形金屬陶瓷粉末的冷噴沉積和致密多尺度金屬陶瓷涂層制備，克服了等離子噴涂和超音速火焰噴涂工藝引起的氧化、熔化和熱分解等問題。

具體實施方式

以下依照本發明的技術方案作出具體實施例對本發明作進一步的說明，但本發明并不局限于這些實例。

實例1