[發明專利]過渡族金屬難熔化合物陶瓷復合涂層的制備方法

有效

• 申請號: 202010178923.1
• 申請日: 2020-03-15
• 公開（公告）號: CN111334742B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 楊勇;馬玉奪;王星宇;孫文韋;崔宇航
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: C23C4/131
• 分類號: C23C4/131;C23C4/06;C23C4/02;C22C32/00
• 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

本發明為一種過渡族金屬難熔化合物陶瓷復合涂層的制備方法。該方法包括如下步驟：第一步，配制成金屬單質/碳化硅復合粉；所述金屬單質粉為鋯、鈦、鉿、鉭、鈮、釩、鉻、鉬或鎢中的任意x種，x＝1,2,3或4；第二步，對所需涂層的基體材料表面進行預處理；第三步，采用熱噴涂的方法，將金屬單質/碳化硅復合粉噴涂在基體材料表面，從而通過原位反應合成過渡族金屬難熔化合物陶瓷復合涂層。本發明克服了現有技術制備過渡族金屬難熔化合物陶瓷復合涂層的工藝復雜、成本高、污染大、沉積效率低、涂層厚度低、涂層性能差和不適合在大規模工業生產中應用的缺陷。

技術領域

本發明的技術方案涉及難熔碳化物、硅化物對材料的鍍覆，具體地說是過渡族金屬難熔化合物陶瓷復合涂層的制備方法。

背景技術

過渡族金屬(鋯、鈦、鉿、鉭、鈮、釩、鉻、鉬、鎢)的難熔碳化物，具有熔點高、熱穩定性好、抗熱沖擊性能優異、抗氧化耐燒蝕性能良好等諸多優良性能，成為制備航空航天領域新型高溫材料結構件最有前途的候選材料之一，在機械、冶金、航空航天、核及軍事等領域有重要的應用價值。其中，碳化鈦是典型的過渡金屬碳化物，且碳化鈦是鈦、鋯、鉻過渡金屬碳化物中發展最廣的材料，在機械、電子、化工、環境保護、聚變反應堆、國防工業等許多領域得到廣泛的應用，尤其是被廣泛用于結構材料的防護涂層。碳化鋯作為一種難熔的金屬碳化物，具有高熔點(3420℃)、高硬度(25.5GPa)、高熱導和電導率以及高的化學穩定性等優良特性，廣泛應用于發射器表面涂層、核燃料顆粒涂層、熱光電輻射器涂層以及超高溫耐火材料等領域。碳化鈮具有高熔點(3610℃)、高硬度、高彈性模量、高耐磨性和熱力學穩定等性能。因此在金屬工件基體表面制備碳化鈮涂層，可使其表面硬度大大提高，可達到HV2800以上，同時提高了工件的工作溫度，從而延長其使用壽命，在機械、冶金、航空航天、核及軍事等領域有重要的應用價值。碳化鉭具有非常高的熔點(3985℃)，碳化鉭涂層是一種重要的高強度、耐腐蝕和化學穩定性好的高溫結構材料，它具有優異的高溫力學性能、抗高速氣流的沖刷性能、抗燒蝕性能，并與石墨、碳/碳復合材料具有良好的化學相容性及機械相容性。碳化鉬具有高硬度、良好熱穩定性和抗腐蝕特性，可在2000℃以上的中性或還原氣氛用作高溫材料，能耐冷氫氧化鉀和氫氧化鈉溶液的腐蝕，已經在各種耐高溫、耐磨和耐化學腐蝕性的機械領域得到應用。碳化鎢作為一種難熔的金屬碳化物，具有高熔點(2870℃)、高硬度(2000HV)、高熱導和電導率、以及高的化學穩定性等優良特性，廣泛應用于發射器表面涂層、核燃料顆粒涂層、熱光電輻射器涂層以及超高溫耐火材料等領域，是用來制造硬質合金的主要原料，同時它的化學穩定性和熱穩定性都比較好，在1000℃的工作環境中，依然具有很高的熱硬度。碳化鉻具有高溫硬度高(HV1500～2100)、耐磨性能好、抗腐蝕性能好、密度低等優點，尤其是其熱膨脹系數接近鋼，與基體的部件匹配性好。碳化鉻是目前高溫(600～900℃)環境下應用最為廣泛的涂層材料之一，廣泛應用于冶金、航空、電力、核能等行業。碳化鉻相可增加涂層的硬度，其在高溫下能生成致密的氧化鉻保護膜。碳化鉻因具有良好的耐磨性和耐腐蝕性，廣泛應用于零部件防護涂層。碳化鉿具有非常高的熔點(3890℃)，是高熔點金屬熔煉坩堝內襯的良好材料。碳化鉿具有高硬度，可作硬質合金的添加劑，在切削工具和模具領域已得到廣泛應用；還具有高彈性系數、良好的電熱傳導性、較小的熱膨脹系數和較好的沖擊性能，適用于火箭噴嘴材料，可用于火箭的鼻錐部位，在航天領域有重要應用，在噴管、耐高溫內襯、電弧或電解用電極方面也有重要應用。碳化鉿的固相穩定性好，耐化學腐蝕，具有適合于高溫環境下使用的巨大潛力。另外，在碳納米管陰極表面蒸鍍碳化鉿薄膜，可以很好地改善其場發射性能；在碳/碳復合材料中引入碳化鉿可以提高其抗燒蝕能力。碳化鉿具有許多優異的物理與化學性能，使得它在目前超高溫材料中被非常廣泛地應用。