[发明专利]一种以金属间化合物为粘结相的金属陶瓷涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料加工、冶金、机械、电力、化工等领域，尤其涉及一种既具有高温耐磨损特性又具有耐腐蚀特性的以金属间化合物为粘结相的金属陶瓷涂层的制备方法。

背景技术

金属或合金为粘结相与陶瓷颗粒组成的金属陶瓷是目前广泛应用的整体耐磨材料和零件表面强化涂层材料之一，在矿山、石油钻探等工程机械零部件及各类切削刀具中获得广泛应用。但在高温氧化、腐蚀及磨损条件下，传统金属陶瓷存在因其Co、Ni等粘结相抗腐蚀能力较低，而引起的抗高温氧化-腐蚀磨损性能不足等问题。

金属间化合物如FeAl、Fe₃Al、NiAl、Ni₃Al等熔点高、抗氧化、硫化及熔盐腐蚀能力强，陶瓷材料如WC、TiC、TiB₂等具有优异的耐磨损性能，因此，以金属间化合物为粘结相，以陶瓷颗粒如WC、TiC等为硬质相制备金属间化合物基金属陶瓷涂层，可将金属间化合物的耐腐蚀、抗氧化性能与陶瓷相的高硬度和耐磨性结合起来，提高传统金属陶瓷如WC/Co、TiC/Ni等的抗氧化、硫化腐蚀性能，同时改善金属间化合物韧性和高温蠕变强度不足等问题，将为腐蚀磨损领域中使用的机械设备提供性能优异的涂层材料。

目前，制备金属间化合物复合材料涂层的方法有热渗镀、物理气相沉积、热喷涂、激光熔覆等。这些方法各自都有自身的特点，适用于不同的应用场合，同时也存在各自的局限性。热渗镀制备金属间化合物涂层的成分分布受到热力学与动力学条件限制，物理气相沉积制备金属间化合物，其沉积涂层的速度较慢，激光熔覆虽然可以细化组织，但冷却速度快，凝固过程难以控制，传统热喷涂方法由于使用高温热源，在制备涂层时不可避免地存在一定程度的氧化、相变、分解及晶粒长大等问题。此外，新型冷喷涂技术由于低温高速的特征，可以制备出致密无氧化的金属涂层，但由于金属间化合物的室温脆性以及金属陶瓷粉末中硬质陶瓷相的高体积分数，难以有效沉积涂层，因此，上述方法均难以制备出以金属间化合物为粘结相的金属陶瓷涂层。

发明内容

本发明其目就在于克服以上缺陷，而提供一种以金属间化合物为粘结相的金属陶瓷涂层的制备方法，具有高耐磨性和高耐腐蚀性，以金属间化合物为粘结相的金属陶瓷涂层其结构和耐腐蚀磨损性能更加优越，并为制备陶瓷相高体积分数的金属陶瓷涂层或块材提供了一种新的手段。

本发明为实现上述目的而采用的技术方案为：

一种金属间化合物基金属陶瓷涂层的制备方法，按以下步骤进行：

将两种或多种金属粉末按构成金属间化合物的成分进行配比，并加入体积分数（40-75Vol.%）的陶瓷硬质相，在惰性气氛保护、低温或真空下进行球磨制备亚稳结构金属/陶瓷复合粉末；

对球磨获得的亚稳结构金属/陶瓷复合粉末进行低温（250-400℃）退火，消除金属基体由于球磨产生的加工硬化，降低金属/陶瓷复合粉末的硬度；

采用冷喷涂方法喷涂上述粉末，在基体上制备亚稳结构金属/陶瓷复合涂层；

对涂层进行热处理，温度为500-1100℃之间，涂层中的亚稳结构合金相通过原位反应转变成金属间化合物，从而获得以金属间化合物为粘结相的金属陶瓷涂层。

所述的金属间化合物选自Fe-Al、Ni-Al、Ti-Al、Fe-Si、Co-Si中的一种或几种。

所述的陶瓷硬质相可以是碳化物、氧化物、氮化物、硼化物、硫化物、磷化物、金刚石等陶瓷颗粒的一种或几种。

所述的陶瓷硬质相可以是颗粒也可以是纤维。

所述的陶瓷硬质相，其尺寸可以是微米级也可以是纳米级，或者是两者按一定比例的混合物。

所述的球磨制备亚稳结构金属/陶瓷复合粉末，其高体积分数（40-75Vol.%）陶瓷硬质相具有根据金属基体性质一次性加入或多次分批加入的特征。

所述的以金属间化合物为粘结相的金属陶瓷涂层具有金属间化合物粘结相原位生成及陶瓷颗粒硬质相高体积分数（40Vol.%以上）的特征。

所述的以金属间化合物为粘结相的金属陶瓷涂层具有粒子间结合及陶瓷硬质相与粘结相间结合可控的特征。