[发明专利]陶瓷/金属纳米复合VC-Ni增韧涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硬质涂层及其制备方法，尤其涉及一种陶瓷/金属纳米复合VC-Ni增韧涂层及其制备方法，属于陶瓷涂层领域。

背景技术

硬质防护涂层主要是由金属键构成的过渡金属氮化物、碳化物、硼化物及由离子键构成的金属氧化物等形成的，这些涂层的硬度很高，但他们的韧性却很低，提高这些涂层的韧性和提高它们的硬度一样重要，特别是在摩擦磨损领域的应用中。

M．Misina利用非平衡磁控溅射设备制备了Ti-N-Ni涂层（“Surface and Coating Technology”，第110卷，168～172页，1998年），金属Ni以独立形式偏聚在TiN的晶界上形成FCC结构的金属Ni相，这样涂层就成为由金属Ni相和TiN相组成的纳米复合涂层，但是，此种涂层的韧性虽然得到了显著提高，但涂层最大硬度只有10.5GPa。

过渡金属Ti、V、W、Ta、Zr、Mo、Cr等都可与碳原子反应，生成金属碳化物涂层，金属碳化物涂层具有化学稳定性好、熔点高、硬度大的特点，但是，碳化物涂层韧性不好，较脆。许多研究通过复合一种与C结合力较差的金属，可以改变它的结构，从而改变涂层的性能。现在，研究较多的是仿效块体的碳化物陶瓷通过添加第八族元素(Fe，Co，Ni等)来提高韧性，但结果不太理想。如jansson等（“Surface&Niatings Technology”，第206卷，第583～590，2011年）公布了一种Ti-C-Me涂层，其中Me为Al，Fe，Ni，Cu，Pt中的一种或几种，但是，此涂层的硬质只有7～18GPa。

WC涂层熔点高、硬度大、摩擦系数低，已成为硬质合金涂层的主要成分，Co、Ni等材料强度适当，有一定的塑性，与WC组合，使硬质涂层既有高的硬度，同时韧性也有提高，申请公布号为CN102418065A的中国专利申请公布了一种复合金属碳化物耐磨涂层，此涂层由粘结剂包覆碳化钨和碳化物通过超音速火焰喷涂而成，所述粘结剂包覆碳化钨为WC-16%Co（wt）粉末、WC-16%Ni（wt）粉末或者WC-16%NiCr（wt）粉末，其粒径同时包含15~45μm、0.8~5μm、300~400nm数量级三种状态；所述碳化物为碳化铬粉末、碳化钒粉末、碳化铁粉末、碳化钛粉末、碳化铌粉末中的至少一种，其粒径为10~63μm。该涂层的维氏硬度为1200～1800  kg/mm²，但是此种涂层的硬度低，气孔率高。

通过对文献（包括专利公开文本）作进一步的检索和分析，还没有发现陶瓷/金属纳米复合VC-Ni涂层，以及硬度超过15GPa的VC-Ni增韧涂层。

发明内容

本发明提供了一种陶瓷/金属纳米复合VC-Ni（碳化钒-镍）增韧涂层，此涂层在保证涂层硬度的同时提高了涂层的韧性，降低了涂层的磨损率，可以满足防护涂层及耐磨涂层的要求。

一种陶瓷/金属纳米复合VC-Ni增韧涂层，以重量百分比计，组成元素为：

V                                   39.6%~69.8%；

C                                   15.1%~23.0%；

Ni                                  7.2%~45.3%。

本发明中，陶瓷/金属纳米复合VC-Ni增韧涂层同普通的碳化钒涂层相比，添加了一定量的Ni，所添加的Ni作为一种韧性相提高了涂层的韧性，同时，涂层的硬度也超过15GPa，因此，本发明陶瓷/金属纳米复合VC-Ni增韧涂层可以满足防护涂层及耐磨涂层的要求。

为了进一步提高本发明陶瓷/金属纳米复合VC-Ni增韧涂层的韧性，同时又保证涂层的硬度，以重量百分比计，组成元素优选为：

V                                    45.6%~65.4%；

C                                    18.1%~22.2%；

Ni                                   12.4%~36.3%。

进一步优选，所述的陶瓷/金属纳米复合VC-Ni增韧涂层，以重量百分比计，组成元素为：

V                                   61.1%~62.1%；