[發明專利]一種氮化物陶瓷-非晶復合涂層的制備方法

有效

• 申請號: 201710464598.3
• 申請日: 2017-06-19
• 公開（公告）號: CN107236921B
• 公開（公告）日: 2019-03-05
• 發明（設計）人: 褚振華;魏福雙;楊勇;董艷春;張建新;陳學廣;閻殿然;張春月
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: C23C4/067
• 分類號: C23C4/067
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

本發明為一種氮化物陶瓷?非晶復合涂層的制備方法。該方法包括以下步驟：對工件基體表面進行清潔化預處理后噴砂，再采用熱噴涂技術進行噴涂，得到厚度為80?100μm的粘結底層；最后采用熱噴涂技術對上一步處理好的試樣表面進行噴涂，復合喂料粉槍內送粉，送粉器送粉氣體為N₂，最后得到氮化物陶瓷?非晶復合涂層。所述的喂料粉為非晶包覆復合粉體，復合喂料粉粉末粒徑為10～100μm。本發明的復合涂層的硬度值較單一的非晶涂層提高23.5％。復合涂層的耐磨性能也得到了提高，復合涂層的磨損失重量較單一的非晶涂層可降低48.6％。

技術領域

本發明的技術方案涉及一種氮化物陶瓷-非晶復合涂層的制備方法及工藝，屬于涂層制備技術領域。

背景技術

與傳統的晶態合金材料相比，非晶合金具有優良特性，如良好加工特性、高強度、優良軟硬磁性、良好耐腐蝕性等。將非晶合金作為涂層材料，應用于材料表面技術領域，即采用現代先進噴涂技術制備大面積厚度可控的非晶涂層，可突破非晶合金尺寸上的限制，又可充分發揮非晶合金優異的性能，起到防護作用，或形成特種物理化學性能，拓展非晶材料的應用范圍。

氮化物陶瓷具有硬度高、耐磨性好、高熔點等特點。如TiN屬于間隙相，原子之間的結合為共價鍵、金屬鍵及離子鍵的混合鍵，具有高硬度(理論硬度21GPa)、優異的耐磨性、化學穩定性好等特性，是優良的涂層材料。但是TiN的熔點很高(達到2955℃)，制備較困難，且直接噴涂TiN陶瓷成本較高。利用反應等離子噴涂技術，使Ti粉在噴涂過程中與N₂反應生成TiN陶瓷相是一種經濟高效的制備手段。

作為耐磨涂層而言，韌性是提高涂層耐磨性的一個重要指標。褚振華等人(Surface and Coatings Technology,2016,292(25):44-48.)研究指出，鐵基非晶涂層可將45#鋼基體的耐磨性能大幅提高。但是就非晶涂層而言，高載荷下涂層表現為脆性剝落，這表明，涂層抵抗裂紋擴展能力較差，一旦有微裂紋形成便迅速擴展導致涂層剝落。可采用添加第二相的方法來改善非晶韌性。Lan等人(Tribology Letters,2012,(46):131-138.)研究指出，非晶涂層中含有第二相可提高基體耐磨性能。

基于此，在非晶中添加第二相制備非晶復合涂層，來改善非晶涂層的韌性可進一步提高其耐磨性。然而制備得到組織均勻、成分可控的復合涂層是一難點。目前文獻報道的制備方法多是在噴涂過程中靠控制冷卻速度而得到部分非晶(Journal of the EuropeanCeramic Society.2011,31(15):2903-2913.)。G.Liu等(Tribol Lett,2012,46:131–138.)將熱噴涂的Fe-基非晶涂層，在晶化溫度以上保溫，在基體中析出Fe₂B和(Fe,Cr)B相而制備金屬非晶-陶瓷復合涂層。這些制備方法的共性問題是涂層中非晶和陶瓷相比例不可控，性能波動較大。因此，實現添加第二相成分比例可控且能均勻分布于基體，對提高非晶涂層的耐磨性具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是提供了一種制備氮化物陶瓷-非晶復合涂層的工藝技術，該氮化物陶瓷-非晶復合涂層采用熱噴涂非晶包覆復合喂料粉，利用非晶粉外包覆的粉體與N₂反應形成氮化物陶瓷，實現氮化物陶瓷與非晶的共沉積得到氮化物陶瓷-非晶復合涂層。所述非晶包覆復合喂料粉是在非晶粉(非晶粉為大顆粒)外包裹包覆粉(如Ti粉、Al粉、B粉、Si粉等，該粉體為小顆粒)，利用噴霧造粒技術得到的復合喂料粉。得到的復合喂料粉具有良好的成分均勻性和流動性，適用于噴涂。

本發明的技術方案如下：

一種氮化物陶瓷-非晶復合涂層的制備方法，包括以下步驟：

(1)對工件基體表面進行清潔化預處理；

(2)對預處理好的工件基體表面進行噴砂粗化活化處理；