专利名称：一种在碳材料表面渗碳化钨的方法
技术领域：
本发明涉及一种渗碳化钨的方法，特别是涉及一种在碳材料表面渗碳化钩的方法。
背景技术：
碳化钨硬质合金具有特殊的耐腐蚀性、高硬度和抗压强度，有现代工业牙齿之称，在机 械、冶金、精密仪器、军事等工业中占有极其重要的地位。碳化鸽硬质合金直接加工成零件(即 碳化钨的成型)成本很高，而且在某些时候，人们仅仅要求零件的表面具有高硬度、耐磨和耐 蚀性能，零件的基体仍然需要韧性材料，这时应用碳化钨的成型不仅没有必要，而且无法满 足使用的要求。因此，人们发现可以在需要表面强化的材料表面制备一层碳化湾涂层，来满 足零件的特殊使用要求。
目前，碳化钨涂层的制备方法主要是热喷涂方法，其中包括常规火焰喷涂、爆炸喷涂和 超音速火焰喷涂等。采用常规火焰喷涂时，粉粒被均匀加热的程度差，飞行速度小，粉粒变 形不充分，因此所得的碳化钨涂层组织疏松，气孔率很高、硬度低而且离散。爆炸喷涂法具 有工作温度低、粉末粒子飞行快的特点，因此爆炸喷涂法可以获得性能优良的碳化钨涂层， 但是爆炸喷涂设备价格高、噪音大、设备笨重、占用空间大，这又给喷涂操作带来极大的不 方便，且不适合喷涂小零件。采用超音速火焰喷涂时，得到的碳化钨涂层致密性高，气孔率 小，硬度高且离散性小，但是超音速火焰喷涂气体消耗量大、喷涂价格昂贵、污染严重，这 不利于环保的21世纪发展要求。
还有一种碳化鹆涂层的制备方法是渗透反应法。即先在碳材料表面制备一层较厚的钨涂 层，然后通过高温扩散反应生成碳化钨涂层。但这种方法存在一定的缺陷。在高温处理时， 在界面处碳和钩反应生成碳化钨后，阻碍了钨元素继续向碳基体内的扩散，相反却有很多的 碳元素扩散到涂层表面形成松散粉末，导致表层结构被破坏。通过本发明所述的方法就可以 克服这一缺陷，提高表层碳化钨的含量。
发明内容
沐发明要解决的技术I^^是提供二种在碳W料表面渗碳化钨的方法，H#g^f# & 沉积有一层较薄钨涂层的碳材料进行高温热处理，热处理工艺为先在较低温度保温一段时间 然后升到更高的温度再保温一段时间。热处理结束后再次在材料表面沉积一层较薄的钨涂层，然后再将材料进行相同工艺的热处理。重复以上过程3-5次即可在碳材料表面渗入碳化鸨。 表面钨涂层的制备可优先选用物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、双辉等离子(DGP) 等方法。采用这种高温热处理的方法在碳材料表面渗碳化钨，钩元素从碳材料表层由内向外 梯度过渡，有效缓解了碳化钨与碳材料的热失配，涂层与基体的结合非常牢固。
本发明提供的在碳材料表面渗碳化钨的方法，包括下述顺序的步骤
(1) 采用PVD、 CVD、 DGP等方法在C/C复合材料表面沉积5 10pm的钨涂层。
(2) 将制得的碳基钨涂层放入热处理炉进行高温热处理。热处理工艺为先升温至 1050~1150°C，保温1.5-2.5小时，再继续升温至1300~1400°C，保温0.5-1.5小时后 随炉冷却，在上述升温过程中升温速率约为每分钟l(TC以下。
(3) 将热处理过的材料作为基体，重复以上过程，继续在其表面沉积钨涂层并进行高温 热处理。重复次数3 5次，最后获得碳材料表面渗入碳化钨。
本发明的优点是(1)采用热处理方法渗碳化钨，工艺简单，操作方便；(2)钨元素完 全渗入到碳材料内部并形成浓度梯度过渡，缓解了涂层与基体的热失配，提高了涂层的附着 力；(3)渗得的碳化钨显著提高了基体表面的性能。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。 实施例1
将通过PVD方法制备的碳基钩涂层放入热处理炉进行高温热处理。热处理工艺为先升 温至1050°C，保温2.5小时，再继续升温至130(TC保温1.5小时后随炉冷却。重复以上沉积 及热处理过程3次，在碳材料表面渗得50nm深的碳化钨，碳化钨含量达到5%。
实施例2
将通过CVD制备的碳基钨涂层放入热处理炉进行高温热处理。热处理工艺为先升温至 IIO(TC，保温2小时，再继续升温至135(TC保温1小时后随炉冷却。重复以上沉积及热处理 过程4次，在碳材料表面渗得100pm深的碳化钨，碳化钨含量达到12%。
实施例3
将通过DGP方法制备巧碳基钨涂层放入热处理炉进行高温热处理。热处理工艺为先升 温至1150。C，保温1.5小时，再继续升温至1400。C保温0.5小时后随炉冷却。重复以上沉积 及热处理过程5次，在碳材料表面渗得300pm深的碳化钨，碳化钨含量达到19%。
权利要求
1. 一种在碳材料表面渗碳化钨的方法，其特征在于将表面沉积有一层较薄钨涂层的碳材料进行高温热处理，热处理工艺为先在较低温度保温一段时间然后升到更高的温度再保温一段时间。
2. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于热处理结束后再次在材料表面沉积一层较薄 的钨涂层，然后再将材料进行相同工艺的热处理。重复以上过程3-5次即可在碳材料表面渗入 碳化钨。
3. 依据权利要求1和2所述的方法，其特征在于包括下述顺序的步骤(1) 采用化学气相沉积、物理气相沉积、双辉等离子等方法在C/C复合材料表面沉积5 10pm钨涂层。(2) 将制得的碳基钨涂层放入热处理炉进行高温热处理。热处理工艺为先升温至 1050 1150°C，保温1.5 2.5小时，再继续升温至1300 140(TC，保温0.5 1.5小时后随炉冷却， 在上述升温过程中升温速率约为每分钟1(TC以下。(3) 将热处理过的材料作为基体，重复以上过程，继续在其表面沉积钨涂层并进行高温热 处理。重复次数3 5次，最后获得碳材料表面渗入碳化钨。
全文摘要
本发明提供一种在碳材料表面渗碳化钨的方法，其特征在于将表面沉积有一层较薄钨涂层的碳材料进行高温热处理，热处理工艺为先在较低温度保温一段时间然后升到更高的温度再保温一段时间。热处理结束后再次在材料表面沉积一层较薄的钨涂层，然后再将材料进行相同工艺的热处理。重复以上过程3-5次即可在碳材料表面渗入碳化钨。表面钨涂层的制备可优先选用化学气相沉积、物理气相沉积、双辉等离子等方法。采用这种高温热处理的方法在碳材料表面渗碳化钨，钨元素从碳材料表层由内向外梯度过渡，有效缓解了碳化钨与碳材料的热失配，涂层与基体的结合非常牢固。
文档编号C04B41/50GK101445391SQ20081024356
公开日2009年6月3日 申请日期2008年12月23日 优先权日2008年12月23日
发明者万水成, 吴王平, 涵 承, 陈照峰 申请人:南京航空航天大学