[发明专利]耐磨碳化物涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐磨碳化物涂层及其制备方法，尤其涉及一种复合耐磨碳化物涂层及其制备方法，具体涉及一种应用于碳钢表面的复合耐磨碳化物涂层及其制备方法。

背景技术

碳化物材料具有硬度高、耐磨损性能优越的特点，以涂层方式覆盖在金属合金基体表面可以提高由基体材料制备的零部件的耐磨性与寿命。其中TiC是一种常见的涂层材料，其有如下特性：

(1)具备密度低、强度高、弹性模量高、抗氧化、耐磨、耐腐蚀等优异的物理化学性能；

(2)烧结过程中长大倾向小，颗粒一般呈圆形，是一种较为理想的增强材料；

(3)钛资源丰富，容易获得，价格比较低廉，碳化钛在金属基复合材料中获得普遍应用；

(4)具有很高的热稳定性和高硬度的面心立方结构，晶格常数和晶格类型与奥氏体非常接近，这便于更好地与钢铁基体结合；

(5)TiC的标准生成焓△G₀值低，其合成反应易于进行；

(6)TiC涂覆的钢铁基复合材料除了硬度高、耐磨性好外，可切削加工、锻造、焊接、热处理强化且变形小，而且具有普通熔炼钢的冷热加工性能。

因此，TiC涂层材料被广泛地用作无屑冷热金属加工工具、切削刀具、各种模具、耐磨耐热耐蚀零件的耐磨表面。

目前制备碳化物涂层的方法有化学气相沉积法、物理气相沉积法、热喷涂方法、热渗镀方法等，但是这些方法，存在生产设备要求苛刻、生产效率低、涂层结合强度低等不足。

因此如何获得TiC碳化物相的涂层，并且选择一种生产设备简单、工艺流程短的制备方法，获得与基体结合力好、不易脱落且力学性能、耐磨性能优异的涂层是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐磨碳化物涂层，该耐磨碳化物涂层为TiC致密陶瓷层，具有良好的硬度，并且进一步地，提供一种用于获得耐磨碳化物涂层的制备方法。

进一步地，本发明还提供一种耐磨碳化物涂层，其为梯度复合涂层，其优选被涂覆于金属基体表面，以提高其表面的耐磨性和断裂韧性，特别是碳钢表面，并且提供一种用于获得上述涂层的制备方法。

为实现本发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种耐磨碳化物涂层，该耐磨碳化物涂层为TiC致密陶瓷层；优选地，TiC致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序的显微组织。

更优选地，沿TiC致密陶瓷层纵向剖面，其厚度为70-200μm，优选为100-200μm，更优选为120-200μm；优选地，TiC的体积分数大于80％，优选大于90％；优选地，TiC晶粒尺寸为8-50μm，优选为10-50μm。

此外，本发明还提供一种耐磨碳化物涂层，其为梯度复合涂层包括依次呈梯度分布的TiC致密陶瓷层、微米TiC陶瓷层、TiC与基体的融合层。

优选地，TiC致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序的显微组织。

优选地，沿TiC致密陶瓷层的纵向剖面，其厚度为70-200μm，优选为100-200μm，更优选为120-200μm；优选地，TiC的体积分数大于80％，优选大于90％；优选地，TiC晶粒尺寸为8-50μm，优选为10-50μm。

进一步优选地，沿微米TiC陶瓷层的纵向剖面，其厚度为50-150μm，优选为70-150μm，更优选为80-150μm；其中TiC的体积分数大于80％，优选大于90％，其晶粒尺寸为5-15μm，优选为6-12μm，优选为8-10μm。

更进一步，沿TiC与金属基体的融合层纵向剖面，其厚度为50-200μm，优选为100-200μm；其中TiC的体积分数为20％，优选为80％，其晶粒尺寸为1-10μm，优选为2-8μm。

优选地，梯度复合涂层总厚度为170-550μm；优选在300-550μm。

更优选地，基体组织根据热处理方式不同为珠光体、马氏体、铁素体、贝氏体、奥氏体和索氏体中的一种或几种；优选地，该梯度复合涂层被施加于碳钢表面。

所述碳钢基体根据国家标准GB221-79中规定，本发明中所使用碳钢的的牌号分别为：Q275A、Q255AF、45钢、T12A、T8、ZG270-450等。

本发明还涉及所述碳化物涂层的制备方法，包括如下步骤：