一種強(qiáng)結(jié)合耐磨復(fù)合涂層的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)合涂層的制備方法，特別涉及一種強(qiáng)結(jié)合耐磨復(fù)合涂層的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金剛石具有無(wú)與倫比的高硬度和優(yōu)良的物理力學(xué)性能，使金剛石工具成為加工各種堅(jiān)硬材料不可缺少的有效工具。影響金剛石工具使用壽命及性能的主要因素之一是基體對(duì)金剛石的粘接性(基體的包鑲能力)。由于金剛石與一般金屬和合金之間具有很高的界面能，致使金剛石顆粒不能為一般低熔點(diǎn)合金所浸潤(rùn)，粘接性極差，在傳統(tǒng)的制造技術(shù)中，金剛石顆粒僅靠基體冷縮后產(chǎn)生的機(jī)械夾持力鑲嵌于基體金屬基中，而沒(méi)有形成牢固的化學(xué)鍵結(jié)或冶金結(jié)合，導(dǎo)致金剛石顆粒在工作中易與基體金屬基分離，大大降低了金剛石工具的使用壽命及性能水平。大部分孕鑲式工具中金剛石的利用率較低，大量昂貴的金剛石在工作中脫落流失于廢肩之中。
[0003]通過(guò)選擇有效的方法和適當(dāng)?shù)牟牧?，可以提高金剛石顆粒與基體材料之間的粘附性并且增加產(chǎn)品的商業(yè)價(jià)值。陶瓷硬質(zhì)涂層由于其物理，化學(xué)和機(jī)械性能特性在一些技術(shù)領(lǐng)域都引起大量關(guān)注。在這些陶瓷材料中，碳化硅是一種對(duì)基材有高粘結(jié)強(qiáng)度并具有優(yōu)良耐磨性的有前景硬質(zhì)材料。碳化硅作為金剛石復(fù)合材料結(jié)合相，由于碳化硅的熱膨脹系數(shù)高于金剛石，由于熱失配碳化硅會(huì)對(duì)金剛石產(chǎn)生一個(gè)相當(dāng)可觀的正壓應(yīng)力，極大增加了基體對(duì)金剛石的把持力。同時(shí)碳化娃亦是堅(jiān)硬材料，能夠增加復(fù)合材料的耐磨性能。
[0004]現(xiàn)如今已經(jīng)發(fā)展了多種方法制備金剛石基復(fù)合材料，包括塊體和涂層:(I)化學(xué)氣相滲透(沉積)法(CVI/CVD)，一種溫和的制備方法，能制備塊體材料和涂層，制備溫度較低，材料均質(zhì)致密，能夠成型各種復(fù)雜形狀材料。但制備周期很長(zhǎng)，生產(chǎn)成本極高，難以批量生產(chǎn)；(2)高溫釬焊法，該法主要制備大顆粒粒徑金剛石復(fù)合涂層，制備的金剛石復(fù)合涂層結(jié)合強(qiáng)度高，工藝周期短，但由于金屬與金剛石熱膨脹系數(shù)相差很大產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，并且熔融釬料金屬會(huì)在能浸潤(rùn)的溫度對(duì)金剛石嚴(yán)重侵蝕，誘導(dǎo)金剛石石墨化。(3)其他方法還有電泳-電鍍兩步沉積法、熱噴涂法，生產(chǎn)成本低，能夠批量生產(chǎn)，但金剛石與基體結(jié)合強(qiáng)度低。因此，提高金剛石復(fù)合材料綜合性能是重中之重，本發(fā)明希望通過(guò)電泳沉積法結(jié)合熔滲反應(yīng)法制備金剛石復(fù)合涂層材料并進(jìn)一步提高其耐磨性能。
[0005]申請(qǐng)?zhí)枮?01010541467.9的中國(guó)專利公開(kāi)了一種金剛石/碳化硅陶瓷基復(fù)合材料的制備方法。其特征是原料重量百分比為:5?15%的粘結(jié)劑，15?45%的碳化硅粉，40?80%的金剛顆粒。原料經(jīng)8?24h濕混，75?250MPa壓力下模壓成形得到復(fù)合材料毛坯，毛坯子在空氣中氧化，氧化溫度200°C，氧化時(shí)間6?10h，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛中800?1200°C溫度下燒結(jié)8?15h，隨爐冷卻。然后經(jīng)真空浸漬、氧化、燒結(jié)和冷卻，循環(huán)3-7次即可獲得致密的金剛石/碳化硅陶瓷基復(fù)合材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，旨在提供一種強(qiáng)結(jié)合耐磨復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，包括以下順序步驟:
(1)將金剛石粉末、硅粉按I: I?5比例混合放入球磨罐內(nèi)，球磨20?40h后形成混合粉末，稱量一定量的混合粉末，并將稱量好的混合粉體置于預(yù)先用去離子水清洗過(guò)的燒杯中；
(2)以水:無(wú)水乙醇:丙酮為1:8:1的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比配制電泳液，用量筒稱取定量配制好的電泳液并將其倒入放有混合粉體的燒杯中，用玻璃棒攪拌后超聲振蕩10?15min;
(3)將配置好的懸浮液放置于磁力攪拌器上，插入電極材料，正極電極材料為紫銅，不銹鋼，鎳，鈦、鉑其中一種單獨(dú)使用或是混合使用，負(fù)極電極材料為石墨，接通電泳儀，開(kāi)始在石墨上電泳沉積混合粉末，電泳沉積時(shí)間為I?1min。磁力攪拌器攪拌轉(zhuǎn)速為500?1200r/min；
(4)電泳沉積結(jié)束，小心取出沉積試樣，100?120°C烘干I?2h后放入高真空反應(yīng)爐中，在惰性氣氛下升至1500?1600°C保溫卜2h，反應(yīng)燒結(jié)復(fù)合涂層；
(5)反應(yīng)結(jié)束后，得到強(qiáng)結(jié)合耐磨復(fù)合涂層。
[0007]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn):1、通過(guò)冶金反應(yīng)在基體與金剛石之間形成碳化物界面，提高金剛石的結(jié)合強(qiáng)度；2、電泳沉積混合粉末顆粒均勻致密，涂層反應(yīng)均勻充分;3、制備周期短，成本低。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為強(qiáng)結(jié)合耐磨復(fù)合涂層的制備方法過(guò)程示意圖。
[0009]10為金剛石顆粒;20為陽(yáng)極電極;30為陰極石墨電極;40為金屬硅顆粒;50為碳化硅-金剛石復(fù)合涂層。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定。
[0011]實(shí)施例1
(1)將金剛石粉末、硅粉按1:3比例混合放入球磨罐內(nèi)，球磨20h后形成混合粉末，稱量一定量的混合粉末，并將稱量好的混合粉體置于預(yù)先用去離子水清洗過(guò)的燒杯中；
(2)以水:無(wú)水乙醇:丙酮為1:8:1的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比配制電泳液，用量筒稱取定量配制好的電泳液并將其倒入放有混合粉體的燒杯中，用玻璃棒攪拌后超聲振蕩1min;
(3)將配置好的懸浮液放置于磁力攪拌器上，插入電極材料，正極電極材料為紫銅，不銹鋼，鎳，鈦、鉑其中一種單獨(dú)使用或是混合使用，負(fù)極電極材料為石墨，接通電泳儀，開(kāi)始在石墨上電泳沉積混合粉末，電泳沉積時(shí)間為2min。磁力攪拌器攪拌轉(zhuǎn)速為700 r/min；
(4)電泳沉積結(jié)束，小心取出沉積試樣，100°C烘干Ih后放入高真空反應(yīng)爐中，在惰性氣氛下升至1520°C保溫1.5h，反應(yīng)燒結(jié)復(fù)合涂層，；
(5)反應(yīng)結(jié)束后，得到強(qiáng)結(jié)合耐磨復(fù)合涂層。
[0012]實(shí)施例2
((I)將金剛石粉末、硅粉按I: 4比例混合放入球磨罐內(nèi)，球磨30h后形成混合粉末，稱量一定量的混合粉末，并將稱量好的混合粉體置于預(yù)先用去離子水清洗過(guò)的燒杯中；
(2)以水:無(wú)水乙醇:丙酮為1:8:1的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比配制電泳液，用量筒稱取定量配制好的電泳液并將其倒入放有混合粉體的燒杯中，用玻璃棒攪拌后超聲振蕩12min;
(3)將配置好的懸浮液放置于磁力攪拌器上，插入電極材料，正極電極材料為紫銅，不銹鋼，鎳，鈦、鉑其中一種單獨(dú)使用或是混合使用，負(fù)極電極材料為石墨，接通電泳儀，開(kāi)始在石墨上電泳沉積混合粉末，電泳沉積時(shí)間為5min。磁力攪拌器攪拌轉(zhuǎn)速為900 r/min；
(4)電泳沉積結(jié)束，小心取出沉積試樣，100°C烘干I?2h后放入高真空反應(yīng)爐中，在惰性氣氛下升至1600°C保溫lh，反應(yīng)燒結(jié)復(fù)合涂層，；
(5)反應(yīng)結(jié)束后，得到強(qiáng)結(jié)合耐磨復(fù)合涂層。
[0013](上述僅為本發(fā)明的兩個(gè)【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的設(shè)計(jì)構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu)思對(duì)本發(fā)明進(jìn)行非實(shí)質(zhì)性的改動(dòng)，均應(yīng)屬于侵犯本發(fā)明保護(hù)的范圍的行為。但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何形式的簡(jiǎn)單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種強(qiáng)結(jié)合耐磨復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，包括以下順序制備步驟: (1)將金剛石粉末、硅粉按I: I?5比例混合放入球磨罐內(nèi)，球磨20?40h后形成混合粉末，稱量一定量的混合粉末，并將稱量好的混合粉體置于預(yù)先用去離子水清洗過(guò)的燒杯中； (2)以水:無(wú)水乙醇:丙酮為1:8:1的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比配制電泳液，用量筒稱取定量配制好的電泳液并將其倒入放有混合粉體的燒杯中，用玻璃棒攪拌后超聲振蕩10?15min; (3)將配置好的懸浮液放置于磁力攪拌器上，插入電極材料，正極電極材料為紫銅，不銹鋼，鎳，鈦、鉑其中一種單獨(dú)使用或是混合使用，負(fù)極電極材料為石墨，接通電泳儀，開(kāi)始在石墨上電泳沉積混合粉末，電泳沉積時(shí)間為I?1min，磁力攪拌器攪拌轉(zhuǎn)速為500?1200r/min； (4)電泳沉積結(jié)束，小心取出沉積試樣，100?120°C烘干I?2h后放入高真空反應(yīng)爐中，在惰性氣氛下升至1500?1600°C保溫卜2h，反應(yīng)燒結(jié)復(fù)合涂層，； (5)反應(yīng)結(jié)束后，得到強(qiáng)結(jié)合耐磨復(fù)合涂層。
【專利摘要】一種強(qiáng)結(jié)合耐磨復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，將金剛石粉末、硅粉按1：1~5比例球磨混合20~40h，加入以水：無(wú)水乙醇：丙酮為1:8:1的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比配制的電泳液，用玻璃棒攪拌后超聲振蕩10~15min。將配置好的懸浮液放置于磁力攪拌器上，插入電極材料，負(fù)極電極材料為石墨，接通電泳儀，開(kāi)始在石墨上電泳沉積混合粉末，電泳沉積時(shí)間為1~10min。磁力攪拌器攪拌轉(zhuǎn)速為500~1200？r/min，電泳沉積結(jié)束，小心取出沉積試樣，100~120℃烘干1~2h后放入高真空反應(yīng)爐中，在惰性氣氛下升至1500~1600℃保溫1~2h，反應(yīng)燒結(jié)復(fù)合涂層。本發(fā)明通過(guò)冶金反應(yīng)在基體與金剛石之間形成碳化物界面，提高金剛石的結(jié)合強(qiáng)度，電泳沉積混合粉末顆粒均勻致密，涂層反應(yīng)均勻充分，制備周期短，成本低。
【IPC分類】C25D15/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105506716
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510990900
【發(fā)明人】陳照峰, 余盛杰
【申請(qǐng)人】蘇州宏久航空防熱材料科技有限公司
【公開(kāi)日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年12月25日