專利名稱：一種在碳材料表面滲碳化鎢的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種滲碳化鎢的方法，特別是涉及一種在碳材料表面滲碳化鉤的方法。
背景技術(shù)：
碳化鎢硬質(zhì)合金具有特殊的耐腐蝕性、高硬度和抗壓強度，有現(xiàn)代工業(yè)牙齒之稱，在機(jī) 械、冶金、精密儀器、軍事等工業(yè)中占有極其重要的地位。碳化鴿硬質(zhì)合金直接加工成零件(即 碳化鎢的成型)成本很高，而且在某些時候，人們僅僅要求零件的表面具有高硬度、耐磨和耐 蝕性能，零件的基體仍然需要韌性材料，這時應(yīng)用碳化鎢的成型不僅沒有必要，而且無法滿 足使用的要求。因此，人們發(fā)現(xiàn)可以在需要表面強化的材料表面制備一層碳化灣涂層，來滿 足零件的特殊使用要求。
目前，碳化鎢涂層的制備方法主要是熱噴涂方法，其中包括常規(guī)火焰噴涂、爆炸噴涂和 超音速火焰噴涂等。采用常規(guī)火焰噴涂時，粉粒被均勻加熱的程度差，飛行速度小，粉粒變 形不充分，因此所得的碳化鎢涂層組織疏松，氣孔率很高、硬度低而且離散。爆炸噴涂法具 有工作溫度低、粉末粒子飛行快的特點，因此爆炸噴涂法可以獲得性能優(yōu)良的碳化鎢涂層， 但是爆炸噴涂設(shè)備價格高、噪音大、設(shè)備笨重、占用空間大，這又給噴涂操作帶來極大的不 方便，且不適合噴涂小零件。采用超音速火焰噴涂時，得到的碳化鎢涂層致密性高，氣孔率 小，硬度高且離散性小，但是超音速火焰噴涂氣體消耗量大、噴涂價格昂貴、污染嚴(yán)重，這 不利于環(huán)保的21世紀(jì)發(fā)展要求。
還有一種碳化鵒涂層的制備方法是滲透反應(yīng)法。即先在碳材料表面制備一層較厚的鎢涂 層，然后通過高溫擴(kuò)散反應(yīng)生成碳化鎢涂層。但這種方法存在一定的缺陷。在高溫處理時， 在界面處碳和鉤反應(yīng)生成碳化鎢后，阻礙了鎢元素繼續(xù)向碳基體內(nèi)的擴(kuò)散，相反卻有很多的 碳元素擴(kuò)散到涂層表面形成松散粉末，導(dǎo)致表層結(jié)構(gòu)被破壞。通過本發(fā)明所述的方法就可以 克服這一缺陷，提高表層碳化鎢的含量。

發(fā)明內(nèi)容
沐發(fā)明要解決的技術(shù)I^^是提供二種在碳W料表面滲碳化鎢的方法，H#g^f# & 沉積有一層較薄鎢涂層的碳材料進(jìn)行高溫?zé)崽幚?，熱處理工藝為先在較低溫度保溫一段時間 然后升到更高的溫度再保溫一段時間。熱處理結(jié)束后再次在材料表面沉積一層較薄的鎢涂層，然后再將材料進(jìn)行相同工藝的熱處理。重復(fù)以上過程3-5次即可在碳材料表面滲入碳化鴇。 表面鎢涂層的制備可優(yōu)先選用物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、雙輝等離子(DGP) 等方法。采用這種高溫?zé)崽幚淼姆椒ㄔ谔疾牧媳砻鏉B碳化鎢，鉤元素從碳材料表層由內(nèi)向外 梯度過渡，有效緩解了碳化鎢與碳材料的熱失配，涂層與基體的結(jié)合非常牢固。
本發(fā)明提供的在碳材料表面滲碳化鎢的方法，包括下述順序的步驟
(1) 采用PVD、 CVD、 DGP等方法在C/C復(fù)合材料表面沉積5 10pm的鎢涂層。
(2) 將制得的碳基鎢涂層放入熱處理爐進(jìn)行高溫?zé)崽幚怼崽幚砉に嚍橄壬郎刂?1050~1150°C，保溫1.5-2.5小時，再繼續(xù)升溫至1300~1400°C，保溫0.5-1.5小時后 隨爐冷卻，在上述升溫過程中升溫速率約為每分鐘l(TC以下。
(3) 將熱處理過的材料作為基體，重復(fù)以上過程，繼續(xù)在其表面沉積鎢涂層并進(jìn)行高溫 熱處理。重復(fù)次數(shù)3 5次，最后獲得碳材料表面滲入碳化鎢。
本發(fā)明的優(yōu)點是(1)采用熱處理方法滲碳化鎢，工藝簡單，操作方便；(2)鎢元素完 全滲入到碳材料內(nèi)部并形成濃度梯度過渡，緩解了涂層與基體的熱失配，提高了涂層的附著 力；(3)滲得的碳化鎢顯著提高了基體表面的性能。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。 實施例1
將通過PVD方法制備的碳基鉤涂層放入熱處理爐進(jìn)行高溫?zé)崽幚?。熱處理工藝為先?溫至1050°C，保溫2.5小時，再繼續(xù)升溫至130(TC保溫1.5小時后隨爐冷卻。重復(fù)以上沉積 及熱處理過程3次，在碳材料表面滲得50nm深的碳化鎢，碳化鎢含量達(dá)到5%。
實施例2
將通過CVD制備的碳基鎢涂層放入熱處理爐進(jìn)行高溫?zé)崽幚?。熱處理工藝為先升溫?IIO(TC，保溫2小時，再繼續(xù)升溫至135(TC保溫1小時后隨爐冷卻。重復(fù)以上沉積及熱處理 過程4次，在碳材料表面滲得100pm深的碳化鎢，碳化鎢含量達(dá)到12%。
實施例3
將通過DGP方法制備巧碳基鎢涂層放入熱處理爐進(jìn)行高溫?zé)崽幚?。熱處理工藝為先?溫至1150。C，保溫1.5小時，再繼續(xù)升溫至1400。C保溫0.5小時后隨爐冷卻。重復(fù)以上沉積 及熱處理過程5次，在碳材料表面滲得300pm深的碳化鎢，碳化鎢含量達(dá)到19%。
權(quán)利要求
1. 一種在碳材料表面滲碳化鎢的方法，其特征在于將表面沉積有一層較薄鎢涂層的碳材料進(jìn)行高溫?zé)崽幚?，熱處理工藝為先在較低溫度保溫一段時間然后升到更高的溫度再保溫一段時間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于熱處理結(jié)束后再次在材料表面沉積一層較薄 的鎢涂層，然后再將材料進(jìn)行相同工藝的熱處理。重復(fù)以上過程3-5次即可在碳材料表面滲入 碳化鎢。
3. 依據(jù)權(quán)利要求1和2所述的方法，其特征在于包括下述順序的步驟(1) 采用化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、雙輝等離子等方法在C/C復(fù)合材料表面沉積5 10pm鎢涂層。(2) 將制得的碳基鎢涂層放入熱處理爐進(jìn)行高溫?zé)崽幚?。熱處理工藝為先升溫?1050 1150°C，保溫1.5 2.5小時，再繼續(xù)升溫至1300 140(TC，保溫0.5 1.5小時后隨爐冷卻， 在上述升溫過程中升溫速率約為每分鐘1(TC以下。(3) 將熱處理過的材料作為基體，重復(fù)以上過程，繼續(xù)在其表面沉積鎢涂層并進(jìn)行高溫?zé)?處理。重復(fù)次數(shù)3 5次，最后獲得碳材料表面滲入碳化鎢。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在碳材料表面滲碳化鎢的方法，其特征在于將表面沉積有一層較薄鎢涂層的碳材料進(jìn)行高溫?zé)崽幚?，熱處理工藝為先在較低溫度保溫一段時間然后升到更高的溫度再保溫一段時間。熱處理結(jié)束后再次在材料表面沉積一層較薄的鎢涂層，然后再將材料進(jìn)行相同工藝的熱處理。重復(fù)以上過程3-5次即可在碳材料表面滲入碳化鎢。表面鎢涂層的制備可優(yōu)先選用化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、雙輝等離子等方法。采用這種高溫?zé)崽幚淼姆椒ㄔ谔疾牧媳砻鏉B碳化鎢，鎢元素從碳材料表層由內(nèi)向外梯度過渡，有效緩解了碳化鎢與碳材料的熱失配，涂層與基體的結(jié)合非常牢固。
文檔編號C04B41/50GK101445391SQ20081024356
公開日2009年6月3日 申請日期2008年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月23日
發(fā)明者萬水成, 吳王平, 涵 承, 陳照峰 申請人:南京航空航天大學(xué)