[發(fā)明專利]碳化鈦耐磨陶瓷涂層及其制備方法和應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810265794.2
• 申請日: 2018-03-28
• 公開（公告）號: CN110318036B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設計）人: 楊科;王少龍;江南;易劍;褚伍波
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號: C23C16/32
• 分類號: C23C16/32
• 代理公司: 上海一平知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31266
• 代理人: 馬思敏;徐迅

本發(fā)明涉及一種碳化鈦耐磨陶瓷涂層及其制備方法和應用。具體地，本發(fā)明提供一種碳化鈦耐磨陶瓷涂層，所述涂層含有微孿晶與層錯的復合結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所述涂層的復合結(jié)構(gòu)可以有效改善碳化鈦涂層的韌性并降低涂層內(nèi)應力，且化學氣相沉積法制備的碳化鈦耐磨陶瓷涂層可有效提高膜基結(jié)合力，增強涂層晶化程度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及陶瓷耐磨涂層領(lǐng)域，具體涉及一種碳化鈦耐磨陶瓷涂層及其制備方法和應用。

背景技術(shù)

碳化鈦涂層具有高硬度、耐腐蝕、化學穩(wěn)定性好等優(yōu)點，常用作硬質(zhì)合金、高速鋼等刀具、模具表面耐磨涂層以提高其切削性能及使用壽命。但是，采用傳統(tǒng)方法制備的碳化鈦涂層通常存在膜基結(jié)合力弱、晶化程度低、結(jié)構(gòu)應力大、韌性差等缺點，從而導致涂層工模具在使用過程中出現(xiàn)崩裂、脫落等現(xiàn)象，其對硬質(zhì)合金與高速鋼工模具性能的提升效果受到限制。

針對上述不足，目前的改進方法由兩類：(1)引入N元素來制備TiC_xN_1-x涂層，通過調(diào)整涂層組成中N與C元素的比例，降低涂層的脆性并提高涂層的韌性，增強涂層的耐磨性能；該方法一定程度上減少了崩裂現(xiàn)象，提高了涂層的使用壽命；但是N元素引入降低了涂層的硬度并增加了涂層的摩擦系數(shù)，在加工硬度較高的材料時,會隨著時間的增加而加深涂層粘結(jié)磨損的程度，導致工模具耐磨性能下降、使用壽命降低。(2)制備TiC復合涂層。如TiC/TiCN、TiC/TiN、TiC/TiCN/TiN復合涂層等。其中TiC/TiCN/TiN復合涂層在強度和韌性方面取得較好的結(jié)果。然而復合涂層的摩擦磨損性能容易受到各子涂層的厚度、界面結(jié)合、相組成與分布的影響，必須通過涂層制備參數(shù)的精確控制才能獲得具有較好耐磨性能的涂層結(jié)構(gòu)。同時，復合涂層的厚度一般大于單一涂層，因此其加工尺寸的精密度相比于單一涂層略低；另外，與單一涂層相比，復合涂層的制備工藝繁瑣、生產(chǎn)成本高等。

因此，本領(lǐng)域亟需開一種兼具高硬度、強韌性、高耐磨性能的新型碳化鈦涂層，從而克服現(xiàn)有技術(shù)缺點，提高性能，擴大碳化鈦涂層的應用范圍。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種具有良好耐磨性的碳化鈦耐磨陶瓷涂層及其制備方法和應用。

本發(fā)明的第一方面，提供一種碳化鈦耐磨陶瓷涂層，所述涂層含有碳元素和鈦元素形成的碳化鈦，且所述涂層中的碳化鈦含有微孿晶與層錯復合結(jié)構(gòu)。

在另一優(yōu)選例中，所述的涂層基本上由碳元素和鈦元素形成的碳化鈦構(gòu)成。

在另一優(yōu)選例中，所述的涂層由碳元素和鈦元素組成。

在另一優(yōu)選例中，所述的涂層為微孿晶與層錯復合結(jié)構(gòu)。

在另一優(yōu)選例中，所述涂層中，C和Ti的總含量≥95％，較佳地≥98％，更佳地≥99％，或≥99.5％，最佳地≥99.9％，按所述涂層的總重量計。

在另一優(yōu)選例中，所述的微孿晶與層錯復合結(jié)構(gòu)的體積V1與所述涂層的體積V0之比(V1/V0)≥50％，較佳地≥80％，更佳地≥90％，最佳地≥99％。

在另一優(yōu)選例中，所述涂層中碳元素的原子百分比為20-60％，鈦元素的原子百分比為40-80％，按所述涂層中原子的總數(shù)計。

在另一優(yōu)選例中，所述涂層中含有碳化鈦晶粒。

在另一優(yōu)選例中，所述碳化鈦晶粒的平均粒徑為300-600nm。

在另一優(yōu)選例中，所述微孿晶的尺寸大小為10-150nm，較佳地50-80nm；和/或

所述層錯長度為30-100nm，較佳地50-80nm。

在另一優(yōu)選例中，所述的涂層的厚度為1-20μm，較佳地2-10μm，更佳地5-7.5μm。

在另一優(yōu)選例中，所述的涂層包括選自下組的一種或多種特征：