[發明專利]耐磨碳化物涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201410657389.7
• 申請日: 2014-11-18
• 公開（公告）號: CN104525900A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 許云華;趙娜娜;鐘黎聲;梁淑華;燕映霖;葉芳霞;王娟;鄒軍濤;肖鵬
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: B22D19/00
• 分類號: B22D19/00;C23C8/64
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 李娜

技術領域

本發明涉及一種耐磨碳化物涂層及其制備方法，尤其涉及一種復合耐磨碳化物涂層及其制備方法，具體涉及一種應用于碳鋼表面的復合耐磨碳化物涂層及其制備方法。

背景技術

碳化物材料具有硬度高、耐磨損性能優越的特點，以涂層方式覆蓋在金屬合金基體表面可以提高由基體材料制備的零部件的耐磨性與壽命。其中TiC是一種常見的涂層材料，其有如下特性：

(1)具備密度低、強度高、彈性模量高、抗氧化、耐磨、耐腐蝕等優異的物理化學性能；

(2)燒結過程中長大傾向小，顆粒一般呈圓形，是一種較為理想的增強材料；

(3)鈦資源豐富，容易獲得，價格比較低廉，碳化鈦在金屬基復合材料中獲得普遍應用；

(4)具有很高的熱穩定性和高硬度的面心立方結構，晶格常數和晶格類型與奧氏體非常接近，這便于更好地與鋼鐵基體結合；

(5)TiC的標準生成焓△G₀值低，其合成反應易于進行；

(6)TiC涂覆的鋼鐵基復合材料除了硬度高、耐磨性好外，可切削加工、鍛造、焊接、熱處理強化且變形小，而且具有普通熔煉鋼的冷熱加工性能。

因此，TiC涂層材料被廣泛地用作無屑冷熱金屬加工工具、切削刀具、各種模具、耐磨耐熱耐蝕零件的耐磨表面。

目前制備碳化物涂層的方法有化學氣相沉積法、物理氣相沉積法、熱噴涂方法、熱滲鍍方法等，但是這些方法，存在生產設備要求苛刻、生產效率低、涂層結合強度低等不足。

因此如何獲得TiC碳化物相的涂層，并且選擇一種生產設備簡單、工藝流程短的制備方法，獲得與基體結合力好、不易脫落且力學性能、耐磨性能優異的涂層是亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種耐磨碳化物涂層，該耐磨碳化物涂層為TiC致密陶瓷層，具有良好的硬度，并且進一步地，提供一種用于獲得耐磨碳化物涂層的制備方法。

進一步地，本發明還提供一種耐磨碳化物涂層，其為梯度復合涂層，其優選被涂覆于金屬基體表面，以提高其表面的耐磨性和斷裂韌性，特別是碳鋼表面，并且提供一種用于獲得上述涂層的制備方法。

為實現本發明目的，本發明采用了如下技術方案：

一種耐磨碳化物涂層，該耐磨碳化物涂層為TiC致密陶瓷層；優選地，TiC致密陶瓷層為準單晶相，所述準單晶相是指，介于多晶相與單晶相之間，相較于多晶相，晶向一致性高、晶界明顯減少，并且原子排列比較有序的顯微組織。

更優選地，沿TiC致密陶瓷層縱向剖面，其厚度為70-200μm，優選為100-200μm，更優選為120-200μm；優選地，TiC的體積分數大于80％，優選大于90％；優選地，TiC晶粒尺寸為8-50μm，優選為10-50μm。

此外，本發明還提供一種耐磨碳化物涂層，其為梯度復合涂層包括依次呈梯度分布的TiC致密陶瓷層、微米TiC陶瓷層、TiC與基體的融合層。

優選地，TiC致密陶瓷層為準單晶相，所述準單晶相是指，介于多晶相與單晶相之間，相較于多晶相，晶向一致性高、晶界明顯減少，并且原子排列比較有序的顯微組織。

優選地，沿TiC致密陶瓷層的縱向剖面，其厚度為70-200μm，優選為100-200μm，更優選為120-200μm；優選地，TiC的體積分數大于80％，優選大于90％；優選地，TiC晶粒尺寸為8-50μm，優選為10-50μm。

進一步優選地，沿微米TiC陶瓷層的縱向剖面，其厚度為50-150μm，優選為70-150μm，更優選為80-150μm；其中TiC的體積分數大于80％，優選大于90％，其晶粒尺寸為5-15μm，優選為6-12μm，優選為8-10μm。

更進一步，沿TiC與金屬基體的融合層縱向剖面，其厚度為50-200μm，優選為100-200μm；其中TiC的體積分數為20％，優選為80％，其晶粒尺寸為1-10μm，優選為2-8μm。

優選地，梯度復合涂層總厚度為170-550μm；優選在300-550μm。

更優選地，基體組織根據熱處理方式不同為珠光體、馬氏體、鐵素體、貝氏體、奧氏體和索氏體中的一種或幾種；優選地，該梯度復合涂層被施加于碳鋼表面。

所述碳鋼基體根據國家標準GB221-79中規定，本發明中所使用碳鋼的的牌號分別為：Q275A、Q255AF、45鋼、T12A、T8、ZG270-450等。

本發明還涉及所述碳化物涂層的制備方法，包括如下步驟：