[發(fā)明專(zhuān)利]一種Cr-C金屬化合物耐磨涂層的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510715094.5
• 申請(qǐng)日: 2015-10-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105256353A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-01-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 揭曉華;麥永津;張留艷;曾招余波;張艷梅
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C25D9/04
• 分類(lèi)號(hào): C25D9/04;C25D5/18
• 代理公司: 廣州粵高專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種Cr-C金屬化合物耐磨涂層的制備方法，屬于高耐磨性金屬化合物涂層領(lǐng)域。

背景技術(shù)

耐磨鍍層制備是當(dāng)前材料表面技術(shù)中最活躍的研究領(lǐng)域。鉻的碳化物以其高熔點(diǎn)、高硬度、高彈性模量以及良好的耐化學(xué)腐蝕和耐摩擦磨損等優(yōu)越性能，越來(lái)越得到人們的重視。在工業(yè)應(yīng)用中Cr-C化合物涂層用于鋁基合金壓鑄形腔，也被用于塑料注塑成型模具或用做腐蝕環(huán)境中的保護(hù)性涂層。目前，人們采用PVD、噴涂等方法在材料表面已制備出系列性能良好的Cr-C化合物涂層，這些技術(shù)方法雖然能夠成功制備各種Cr-C化合物涂層，但是普遍存在設(shè)備昂貴、工藝復(fù)雜、涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度不高、涂層成分難以控制等不足。

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明采用液相脈沖放電鍍膜技術(shù)制備出Cr-C金屬化合物耐磨涂層。本發(fā)明具有涂層中主要Cr-C化合物類(lèi)型可控、制備成本低，不用抽真空，可在普通電火花成型機(jī)床鍍膜，單件鍍膜效率高的特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述Cr-C化合物耐磨涂層的制備方法缺點(diǎn)而提供一種Cr-C化合物類(lèi)型可控、涂層與基體結(jié)合力強(qiáng)，涂層硬度高，涂層制備工程中基體不會(huì)產(chǎn)生變形，不需大型專(zhuān)用鍍膜裝置，不必抽真空，制備成本低的Cr-C金屬化合物耐磨涂層的制備方法。

本發(fā)明提供的一種Cr-C金屬化合物耐磨涂層的制備方法，包括有下列步驟：

1）將金屬Cr粉體與石墨粉按比例混合燒結(jié)而成的塊體工具電極1及工件電極4置入液相介質(zhì)正十二烷2中；

2）將脈沖電源3的陽(yáng)極與工具電極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，工具電極1在液相介質(zhì)中放電而釋放出的Cr離子及C離子，它們與液相介質(zhì)正十二烷2中電離出來(lái)的C離子在等離子體作用下進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，合成Cr與C的金屬化合物耐磨涂層5，并沉積在工件電極4的表面。

步驟1）中，上述工具電極1采用金屬Cr粉體與石墨粉按重量比85～95:5～15混合，混合粉體模壓成型后在真空燒結(jié)爐中進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)制成。

上述粉體中所用金屬Cr粉純度為99.0%，粒度35～45μm，石墨粉的粒度≦30μm。

步驟1）中，上述工具電極1的制備工藝為：在金屬Cr粉體與石墨粉的混合粉體中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%硬脂酸鋅，并滴取適量酒精，機(jī)械攪拌30分鐘；混合粉體經(jīng)100℃真空干燥1h后置于壓制模具內(nèi)，經(jīng)200MPa壓結(jié)成型后于真空燒結(jié)爐中燒結(jié)成形，工具電極的保持有20～30%的孔隙率。

步驟1）中，上述工具電極1與工件電極4之間的間距為30～50μm。

步驟2）中，上述脈沖電源3為直流脈沖電源，其峰值電流10～30A，脈沖寬度8～25μs，加工時(shí)間15～20min。

本發(fā)明的原理：

本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)方法是工具電極中含有一定比例的碳和保存20～25%的孔隙率，目的是為了降低Cr的導(dǎo)熱率，使工具電極表面在電子轟擊作用下能夠上升到足夠高的溫度而產(chǎn)生熔化、汽化及濺射，同時(shí)也提供一定數(shù)量的C離子。本發(fā)明的涂層形成機(jī)理是：當(dāng)脈沖電源，接通時(shí)，液相介質(zhì)正十二烷將被擊穿而放電，此時(shí)液相介質(zhì)中產(chǎn)生放電通道，通道中的介質(zhì)以等離子體狀態(tài)存在，并電離出活性C原子，同時(shí)，電子朝工具電極高速運(yùn)動(dòng)，對(duì)工具電極表面產(chǎn)生轟擊作用，進(jìn)而使工具電極表面熔化、汽化及濺射而形成工具材料的等離子體（Cr和C）。這些Cr和C離子反生電化學(xué)反應(yīng)就生成了Cr與C金屬化合物，隨著放電時(shí)間的延續(xù)，基體表面就形成了Cr-C金屬化合物涂層。通過(guò)調(diào)整工具電極中的Cr：C比例就控制了涂層中的主要物相。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

1.Cr與C的化合物類(lèi)型主要有Cr₇C₃、Cr₂₃C₆、Cr₃C₂，本發(fā)明涂層中的主要Cr-C化合物的類(lèi)型可通過(guò)調(diào)整工具電極中的Cr與石墨的比例而實(shí)現(xiàn)可控制備。

2.涂層與基體結(jié)合力高，因?yàn)樗皇菃渭兊卦诨w表面沉積金屬化合物涂層，而是有過(guò)渡層的產(chǎn)生，當(dāng)脈沖等離子體剛開(kāi)始轟擊基體材料表面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生離子注入效應(yīng)，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(xué)反應(yīng)，在界面處形成化合物過(guò)渡層，使薄膜與基體的結(jié)合力得到保證；

3.不同于PVD和CVD技術(shù)，涂層制備過(guò)程不必抽真空，因此涂層制備成本低；