一种化学气相反应法制备碳化铬涂层的晶型控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种化学气相反应法制备碳化铬涂层的晶型控制方法，属于表面涂层【技术领域】。具体步骤为：(1)将碳钢基体待涂层表面抛光，并在无水乙醇中超声波清洗后干燥，得到待加工的碳钢原件。(2)在容器中装入铬粉体和碘粉混合粉体；(3)将碳钢原件放置在不锈钢支架上并密闭内层不锈钢容器；(4)在外层不锈钢容器中放入适量铬或钛的粉体或颗粒；(5)将不锈钢容器放置于高温炉中恒温处理；(6)对已获得的碳化铬涂层进行处理。该发明通过采用本方法1～5步骤可获得的涂层组成由单一Cr3C2、Cr7C3、Cr23C6或共同存在的晶体组成，通过本方法步骤6可以对步骤1～5获得的碳化铬涂层晶型进一步转变为Cr7C3或Cr3C2。
【专利说明】一种化学气相反应法制备碳化铬涂层的晶型控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种化学气相反应法制备碳化铬涂层的晶型控制方法，属于表面涂层【技术领域】。
【背景技术】
[0002]碳化铬包括Cr3C2, Cr7C3和Cr23C6等不同晶体结构，具有高硬度、高熔点、良好的耐腐蚀性和耐磨性。研究表明碳化铬的性质随晶型的变化而变化:硬度随铬含量增加而增加；当x=0.2~0.8时，CrxC模量在154~452GPa变化；而且碳化铬耐磨涂层的摩擦系数随涂层中碳/铬比不同而变化；不同晶型碳化铬的抗高温氧化能力也不同。根据使用条件的不同，选择不同晶型或不同晶型组合的涂层，有利于获得更好的性能。
[0003]研究表明，保护性涂层，特别是耐磨涂层的使用性能与自身组成决定的硬度、热膨胀系数、弹性模量、韧性直接相关；同时也与涂层与基底之间的结合紧密相关。上述硬度、模量等参数的合适选择对降低涂层内部的应力、进而提高涂层与基底之间的结合及改善涂层的承载能力至关重要。当涂层的模量、硬度等与基底相近或呈梯度分布时，可以较好地降低涂层内应力，提闻结合和承载能力。
[0004]碳化铬涂层的制备方法有物理气相沉积、化学气相沉积、热喷涂、激光熔覆及传统热扩散法等，制备的碳化铬涂层多为单一的Cr3C2或Cr7C3。其中，物理气相沉积碳化铬多采用高纯度Cr3C2靶材；目前广泛使用的热喷涂碳化铬/镍铬涂层，所用的碳化铬粉体基本是Cr3C2,很少有其他类型的碳 化铬。
【发明内容】
[0005]本发明目的是提供一种碳钢基体表面化学气相反应法制备碳化铬涂层的晶型控制方法，以便解决上述问题，并能对晶型进行控制。
[0006]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。
[0007]—种化学气相反应法制备碳化铬涂层的晶型控制方法，具体步骤为:
[0008](I)将碳钢基体待涂层表面抛光，并在无水乙醇中超声波清洗后干燥，干燥温度为50~150°C，干燥时间为0.5~I小时，得到一种待加工的碳钢原件。
[0009](2)在铬含量大于15%的内层不锈钢容器中装入粒度为80~300目的铬粉体和适量碘粉混合粉体，其中碘粉在混合粉体中所占重量比例为0.5~1.5%，混合粉体厚度约为I~1.5mm，其平摊面积略大于碳钢原件待涂层面的投影面。
[0010](3)在盛有混合粉体的内层不锈钢容器中，放入不锈钢支架，然后将碳钢原件放置在不锈钢支架上并密闭内层不锈钢容器；
[0011](4)在比内层不锈钢容器略大的外层不锈钢容器中放入适量铬或钛的粉体或颗粒，粉体用量约为内层不锈钢容器中混合粉体重量的10~30%，并密闭容器。
[0012](5)将不锈钢容器放置于高温炉中恒温处理，根据期望碳化铬晶型，控制处理温度为800~1100°C和处理时间为I~6小时。[0013](6)对已获得的碳化铬涂层在低于650°C空气中或真空下，处理10~60小时或在渗碳炉中900°C处理2小时以上。
[0014]所述步骤(4)中铬或钛粉末的粒径为60~150目。
[0015]本发明通过密闭系统中高温下气态铬与碳钢基体中的碳反应形成碳化铬；利用密闭体系中参与反应的气态铬和扩散游离碳的供应量不同；利用反应体系在不同温度下形成不同晶型碳化铬的难易和反应速度不同；通过调整反应温度和反应时间，简单实现碳钢基体表面化学气相反应法制备碳化铬涂层的晶型控制。通过本发明的方法可实现单一 Cr23C6晶型的碳化铬，或Cr7C3为主或Cr3C2为主，三种晶型共存的碳化铬涂层的制备。
[0016]该发明的有益效果在于:
[0017](I)通过采用本方法I~5步骤可获得的涂层组成由单一 Cr3C2、Cr7C3、Cr23C6或共同存在的晶体组成。
[0018](2)通过本方法步骤6可以对步骤I~5获得的碳化铬涂层晶型进一步转变为Cr7C3 或 Cr3C20
【具体实施方式】
[0019]下面结合实施例对本发明的【具体实施方式】进行描述，以便更好的理解本发明。
[0020]实施例一:`
[0021]一种化学气相反应法制备碳化铬涂层的晶型控制方法，具体步骤为:
[0022](I)将45#碳钢基体待涂层表面抛光，并在无水乙醇中超声波清洗后干燥，干燥温度为100°C，干燥时间为0.5小时，得到45#碳钢原件。
[0023](2)选用310S不锈钢容器，该不锈钢容器分为内层不锈钢容器和外层不锈钢容器，其中内层不锈钢容器中装入粒度为300目的铬粉体和适量碘粉混合粉体，其中碘粉在混合粉体中所占重量比例为1.5%，混合粉体厚度约为I~1.5mm，其平摊面积略大于45#碳钢原件待涂层面的投影面。
[0024](3)在盛有混合粉体的内层不锈钢容器中，放入不锈钢支架，然后将45#碳钢原件放置在不锈钢支架上并密闭内层不锈钢容器。
[0025](4)在外层不锈钢容器中放入适量铬粉，粉体用量约为内层不锈钢容器中混合粉体重量的20%，并密闭容器。
[0026](5)将不锈钢容器器放置于高温炉中恒温处理，处理温度为900°C，处理时间为2小时。
[0027]实施例二:
[0028]一种化学气相反应法制备碳化铬涂层的晶型控制方法，具体步骤为:
[0029](I)将Q235碳钢基体待涂层表面抛光，并在无水乙醇中超声波清洗后干燥，干燥温度为150°C，干燥时间为0.5小时，得到Q235碳钢原件。
[0030](2)选用304不锈钢容器，该不锈钢容器分为内层不锈钢容器和外层不锈钢容器，其中内层不锈钢容器中装入粒度为150目的铬粉体和适量碘粉混合粉体，其中碘粉在混合粉体中所占重量比例为1.0%，混合粉体厚度约为I~1.5mm，其平摊面积略大于Q235碳钢原件待涂层面的投影面。
[0031](3)在盛有混合粉体的内层不锈钢容器中，放入不锈钢支架，然后将Q235碳钢原件放置在不锈钢支架上并密闭内层不锈钢容器。
[0032](4)在外层不锈钢容器中放入适量铬粉，粉体用量约为内层不锈钢容器中混合粉体重量的30%，并密闭容器。
[0033](5)将不锈钢容器放置于高温炉中恒温处理，处理温度为800°C，处理时间为4小时。
[0034]实施例三:
[0035]一种化学气相反应法制备碳化铬涂层的晶型控制方法，具体步骤为:将实施例一或实施例二获得的碳化铬涂层，在空气中，650°C下处理60小时。
[0036]以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护 范围。
【权利要求】
1.一种化学气相反应法制备碳化铬涂层的晶型控制方法，其特征在于:具体步骤为: (1)将碳钢基体待涂层表面抛光，并在无水乙醇中超声波清洗后干燥，干燥温度为50~150°C，干燥时间为0.5~I小时，得到一种待加工的碳钢原件； (2)在铬含量大于15%的内层不锈钢容器中装入粒度为80~300目的铬粉体和适量碘粉混合粉体，其中碘粉在混合粉体中所占重量比例为0.5~1.5%，混合粉体厚度约为I~1.5mm，其平摊面积略大于碳钢原件待涂层面的投影面； (3)在盛有混合粉体的内层不锈钢容器中，放入不锈钢支架，然后将碳钢原件放置在不锈钢支架上并密闭内层不锈钢容器； (4)在比内层不锈钢容器略大的外层不锈钢容器中放入适量铬或钛的粉体或颗粒，粉体用量约为内层不锈钢容器中混合粉体重量的10~30%，并密闭容器； (5)将不锈钢容器放置于高温炉中恒温处理，根据期望碳化铬晶型，控制处理温度为800~1100°C和处理时间为I~6小时； (6)对已获得的碳化铬涂层在低于650°C空气中或真空下，处理10~60小时或在渗碳炉中900°C处理2小时以上。
2.根据权利要求1所述的一种化学气相反应法制备碳化铬涂层的晶型控制方法，其特征在于:所述步骤(4)中的铬或钛粉末的粒径为60~150目。
【文档编号】C23C8/08GK103695836SQ201310703710
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月10日 优先权日:2013年12月10日
【发明者】吴守军, 郭强, 梁子剑, 吴思远 申请人:西北农林科技大学