[发明专利]一种含碳化硼‑碳化钨涂层的钨材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属表面工程技术领域，具体涉及一种含碳化硼-碳化钨涂层的钨材料及其制备方法。

背景技术

高硬度和高耐磨材料在工业生产和日常生活中发挥着重要的作用，随着生产技术的进步和人们对未知世界更深入地探索，材料的改进和创新也日新月异。钨金属作为一种难熔金属，由于其熔点高，广泛应用于稀土冶炼、石英玻璃、电子喷涂、晶体生长及熔体提纯等领域，其中钨作为熔体提纯使用时，尽管具有优异的耐高温性能和耐热震性能，但是其在目标熔体中存在晶界腐蚀问题，而且难以与目标金属分离，易造成污染，因此需要对钨金属表面进行改性整理。

碳化钨是一种由钨和碳组成的化合物，碳化钨为黑色六方晶体，有金属光泽，硬度与金刚石相近，视电、热的良好导体，化学性质稳定，但是纯的谭虎威易碎。传统的碳化钨的制备方法为将钨粉末与碳粉末混合，在高温下氢气炉中反应生成碳化钨，但是难以应用于钨零件的表面整理。碳化硼材料具有高硬度、高熔点、低密度、高弹性模量、化学性能稳定、中子吸收截面大、优异的电学性能和良好的力学稳定性等特点。中国专利CN 105481430A公开的一种氮化硅-碳化硼-碳纤维摩擦材料的制备方法，将碳纤维毯先采用真空浸渗方法渗碳和渗硅，然后在氮气氛围中氮化处理得到氮化硅-碳化硼-碳纤维，以提高碳纤维的高强度、高韧性和高摩擦性能，以提高碳纤维的摩擦综合性能。

由上述现有技术可知，通过真空浸渗方法与其他方法相结合可以对材料表面进行表面改性，但是目前基于钨材料表面碳化硼和碳化钨的表面改性方面研究并不多见，本发明将真空浸渗方法与涂覆技术相结合，对大面积的钨零件的表面进行碳化硼和碳化钨涂层处理，提高高纯钨零件的综合性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种含碳化硼-碳化钨涂层的钨材料及其制备方法，在高纯钨零件的表面先覆盖一层碳化钨涂层，再覆盖一层碳化硼涂层，制备得到的钨材料的力学性能好、耐高温和耐腐蚀等性能。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种含碳化硼-碳化钨涂层的钨材料，所述含碳化硼-碳化钨涂层的钨材料依次包括高纯钨零件、碳化钨涂层和碳化硼涂层，所述碳化钨层的厚度为7-15μm，所述碳化硼涂层的厚度为180-220μm。

本发明还提供一种含碳化硼-碳化钨涂层的钨材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将高纯钨零件先用皂液去除零件表面油污，再用酸性试剂进行化学清洗，最后用丙酮或者酒精去除油脂，待用，得到表面处理的高纯钨零件；

(2)将木炭置于石墨坩埚中，放入1900℃真空炉中保温1-2h，冷却到室温后，按质量百分比机，将95％的木炭与5％的碳酸钯混合制备形成渗碳剂；

(3)将步骤(1)制备的表面处理的高纯钨零件与步骤(2)制备的渗碳剂一起置于石墨坩埚中，其中高纯钨零件置于石墨坩埚的中间，渗碳剂分布于零件四周，盖上石墨盖，放置于真空热处理炉中；

(4)将真空热处理炉的真空度调整至小于10^-2Pa，温度为1600-1800℃，保温3-4h，再通入约1000Pa高纯氩气，炉冷到室温取出，得到表面含碳化钨的钨零件；

(5)将步骤(4)制备的表面含碳化钨的钨零件表面用100目的丝网涂覆含碳化硼的环氧树脂浆料，在真空条件下，消除气泡，然后在常压下固化成型，得到含碳化硼-碳化钨涂层的钨材料。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，酸性试剂为24-26wt％的硫酸、12-14wt％硝酸和12-14％的氢氟酸的混合溶液，混合溶液中硫酸、硝酸和氢氟酸的体积比为1:1:1。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，木炭包含100目以上的木炭颗粒和250目以上的木炭颗粒，其中100目以上的木炭颗粒的质量分数不低于60％，250目以上的木炭颗粒的质量分数不低于30％。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，高纯钨零件与渗碳剂的距离为2-10mm。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(4)中，表面含碳化钨的钨零件中碳化钨层的厚度为7-15μm。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(5)中，含碳化硼的环氧树脂浆料的制备方法为：将JY-9715A和JY-9715B按照1:1的质量比混合形成环氧树脂浇注料，按照质量百分比计，将50-70％的200-300目的碳化硼粉末与30-50％的环氧树脂浇注料混合均匀，形成含碳化硼的环氧树脂浆料。