[發(fā)明專利]一種石墨烯/碳化鈦復合涂層及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610707678.2
• 申請日: 2016-08-23
• 公開（公告）號: CN106319511B
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 麥永津;揭曉華;張留艷
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務(wù)所 44329
• 代理人: 張燕玲;楊曉松

本發(fā)明公開了一種石墨烯/碳化鈦復合涂層及其制備方法，所述涂層是以TiC為主相，石墨烯、Fe和Fe₃C為第二相，其中TiC的含量為該涂層的70～90wt.％，石墨烯的含量為0.1～1wt.％。將TiC半燒結(jié)體工具電極和工件浸沒于由烷基功能化改性石墨烯和煤油組成的固液混合加工液中，調(diào)控工具電極與工件至合適間隙后施加脈沖放電，利用放電產(chǎn)生的能量使TiC工具電極熔化并轉(zhuǎn)移至工件表面微熔池，微熔池材料在重新凝固的過程中與分散于工作液中的石墨烯在工件表面共沉積，最終在工件表面形成石墨烯/碳化鈦復合涂層。該復合涂層與工件間呈現(xiàn)冶金結(jié)合，具有硬度高且韌性好，減摩耐磨損等優(yōu)點，可有效延長工、模的使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于工件表面處理方法技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種石墨烯/碳化鈦復合涂層及其制備方法。

背景技術(shù)

由于TiC涂層具有硬度高和良好的化學穩(wěn)定性等優(yōu)點，可用于機械加工和切削工具、鉆頭和各種成型用的模具上的耐磨涂層，也適用于制造耐磨零件，如噴嘴等的表面防護涂層。然而，TiC本征脆性大，同時由于目前的主流技術(shù)，如物理氣相沉積(PVD)和化學氣相沉積(CVD)，所制備的TiC涂層與工件間存在結(jié)合力不高等原因。涂層的橫向斷裂強度和抗壓強度，特別是抗沖擊強度和疲勞強度有待提高，以至在沖擊載荷的工況下，TiC涂層容易出現(xiàn)嚴重磨損，甚至剝離失效。

針對上述不足，主要有兩種改善措施：(1)通過氮原子取代TiC涂層中部分的碳原子，形成新型的TiC_xN_1-x涂層。與TiC涂層相比，TiC_xN_1-x涂層的韌性得到明顯的改善，同時也提高了涂層與工件間的結(jié)合力。但氮原子的引入導致涂層的硬度隨之降低而摩擦系數(shù)升高。大的摩擦系數(shù)不但增加切削力或沖壓力而且導致更多的加工余熱，增加涂層的黏著磨損。(2)制備TiC基復合涂層。其中由類金剛石非晶碳和TiC納米晶組成的非晶納米晶復合涂層在增韌和減摩兩方面都取得較好的效果。

然而上述非晶碳/TiC復合涂層的摩擦磨損性能受復合涂層中各相的含量、分布以及界面結(jié)構(gòu)，特別是非晶碳第二相中SP²-碳和SP³-碳的比例和分布，碳-碳懸掛鍵終端原子種類等因素影響較大，要獲得良好減摩耐磨性能的涂層依賴于精密設(shè)備和實驗條件的精確控制。因此，開發(fā)兼具高硬度、好韌性、高結(jié)合力和減摩耐磨損等優(yōu)點的新型TiC基復合涂層及其簡便且高效的制備方法對于擴展TiC涂層在服役于高速、重載工況下的工、模具和重要零部件中的應(yīng)用具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目在于克服現(xiàn)有技術(shù)中TiC涂層在服役于高速、重載工況下由于脆性大和與基體結(jié)合力不足等原因引起的耐磨性差的問題，提供一種新型的TiC基復合涂層及其簡便和高效的制備方法。

本發(fā)明上述目的是通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種石墨烯/碳化鈦復合涂層，其特征在于，包括TiC主相和第二相；所述第二相包括石墨烯、Fe和Fe₃C，所述TiC主相的含量為石墨烯/碳化鈦復合涂層的70～90wt.％；所述第二相的含量為石墨烯/碳化鈦復合涂層的10～30wt.％；所述石墨烯的含量為石墨烯/碳化鈦復合涂層的0.1～1wt.％。

優(yōu)選地，所述石墨烯/碳化鈦復合涂層的厚度為2～30μm。

一種石墨烯/碳化鈦復合涂層的制備方法，包括以下具體步驟：

S1.將工具電極碳化鈦半燒結(jié)體和工件浸沒于固液混合加工液中；

S2.采用伺服控制系統(tǒng)，調(diào)整碳化鈦半燒結(jié)體與工件的間隙，采用脈沖電源在碳化鈦半燒結(jié)體與工件之間進行脈沖放電；

S3.用小型螺旋槳在碳化鈦半燒結(jié)體與工件間脈沖放電的整個過程中對工作液施加持續(xù)攪拌；