[发明专利]一种复合于M42钢表面的碳化钛纳米墙及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种复合于M42钢表面的碳化钛纳米墙及其制备方法和应用。具体地，所述制备方法采用化学沉积法在M42钢表面制备所述碳化钛纳米墙。所述制备方法具有工艺简单、成本低、安全环保等优点。所述碳化钛纳米墙具有呈一定角度复合于金属基材表面、与金属基材表面结合强度较高、能耐较高温度、吸光度高且疏水性好等特点。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体地涉及金属-陶瓷复合材料的制备领域，更具体地涉及一种复合于M42钢表面的碳化钛纳米墙及其制备方法和应用。

背景技术

金属-陶瓷基复合材料因为在力学、电学、光学等领域具有许多特殊的性能而受到人们的广泛关注。金属-陶瓷基纳米墙作为一种新型的金属-陶瓷基复合材料，其接触角、吸光度等物理性能与其他材料有较大差异，致使其有巨大的潜在应用价值。碳化钛纳米墙作为陶瓷基纳米墙的一种，具有陶瓷基纳米墙的基本性质，同时具有硬度高、化学稳定性高等特点，可能被运用于光学、机械等领域。

但是，采用传统方法很难制备呈一定角度复合于金属表面，且与金属表面结合强度较高，同时能耐较高温度的碳化钛纳米墙。

发明内容

本发明的目的在于提供一种呈一定角度复合于金属表面，且与金属表面结合强度较高，同时能耐较高温度的碳化钛纳米墙及其制备方法。

本发明的第一方面，提供了一种复合于M42钢表面的碳化钛纳米墙的制备方法，包括如下步骤：

1)提供M42高速钢、碳源、钛源和辅助气体；

2)将所述M42高速钢置于CVD炉内，在所述辅助气体气氛下，加热CVD炉至沉积保温温度；

3)将所述碳源和所述钛源通入所述经加热的CVD炉内，保温第一时间段；

4)将所述CVD炉以第一降温速率降温至第二温度，同时停止通入所述碳源和所述钛源；

5)在所述CVD炉降温至第二温度后，停止通入所述辅助气体，得到所述复合于M42钢表面的碳化钛纳米墙。

在另一优选例中，所述碳源选自下组：甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯、乙炔、或其组合；和/或

所述钛源为四氯化钛。

在另一优选例中，所述碳源为气态。

在另一优选例中，所述钛源为液态。

在另一优选例中，当所述钛源为液态时，在通入CVD炉之前，所述钛源经汽化处理。

在另一优选例中，所述辅助气体为非氧化性气体。

在另一优选例中，所述辅助气体选自下组：氢气、氩气、或其组合。

在另一优选例中，所述辅助气体具有选自下组的作用：

1)作为载体，将经汽化的钛源载入CVD炉；

2)作为抗氧化气体，以避免所述碳化钛在沉积过程中发生氧化。

在另一优选例中，所述沉积保温温度为970-980℃，较佳地973-978℃，更佳地974-978℃。

在另一优选例中，步骤3)进行所述涂层的沉积过程，且步骤3)中，所述辅助气体和所述碳源的流量比为1－8，较佳地，为2－7，更佳地3－6。

在另一优选例中，步骤3)中，所述碳源的流量为400-2000sccm，较佳地600-1800sccm，更佳地800-1600sccm。

在另一优选例中，步骤3)中，所述辅助气体的流量为3000－7000ccm，较佳地3200-6000sccm，更佳地3400-5000sccm。