[发明专利]一种金属碳化合物涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种金属碳化合物涂层及其制备方法，本方法采用磁控溅射工艺，以Ta_YHf_1‑YC(0≤X≤1)固溶体或者单质Hf、单质Ta以及单质C、含C气体为靶材，在合金基体表面尤其是钨基合金基体表面沉积Ta_XHf_1‑XC涂层，使得钨基合金表面硬度显著提高，耐磨和耐高温性能显著提高。

技术领域

本发明属于涂层材料领域，具体涉及一种金属碳化合物涂层及其制备方法。

背景技术

钨基合金是以钨为基加入其他元素组成的合金。在金属中，钨具有高熔点、耐高温、高强度、大比重、强抗蠕变性能以及良好的导热、导电和电子发射性能。除大量用于制造硬质合金及合金添加剂外，钨及其合金广泛用于电子、电光源、航天、铸造、武器行业，常用于制作火箭喷管、压铸模具、穿甲弹芯、触点、发热体以及隔热屏等。然而，钨的抗氧化性能差，在1000℃以上便发生“灾难性氧化”，因此，钨材在高温使用时须施加涂层。

碳化钽(TaC)陶瓷具有高熔点、高硬度、化学稳定性好、导电导热能力强等优点；碳化铪(HfC)陶瓷熔点3890℃，是已知单一化合物中熔点最高者，具有高熔点、高弹性系数、良好的电热传导性、热膨胀性小以及良好的冲击性能。HfC与TaC都可用于粉末冶金、切削工具、精细陶瓷、化学气相沉积、硬质耐磨合金刀具、工具、模具以及耐磨耐蚀结构部件等的添加剂。由于碳化铪和碳化钽晶格高度相似，均为氯化钠面心立方结构，因此二者可以形成Ta_XHf_1-XC无限固溶体(0≤X≤1)。该无限固溶体具有高熔点、高硬度、良好的化学稳定性，在超高温下具有极好的热防护性能，其中，Ta_0.8Hf_0.2C的熔点超过4000℃，是目前世界上熔点最高的物质。而且，HfC与TaC的晶格结构与钨基合金十分相似，因此Ta_XHf_1-XC涂层是理想的钨基合金的涂层材料。

目前，化学气相沉积工艺是制备Ta_XHf_1-XC涂层的主流技术，但是由于化学气相沉积本身原理性质，该工艺制备温度需要在1300℃以上，这对于不耐高温的钨基合金来说，高温势必导致合金的力学等性能显著降低。因此寻找一种低温下制备Ta_XHf_1-XC涂层的工艺对于钨基合金沉积涂层来说是亟待解决的问题。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是针对现有技术中金属碳化物涂层的制备工艺多采用化学气相沉积工艺制备，制备温度较高，而无法应用于钨基合金表面涂层的沉积的问题，提供一种金属碳化物涂层及其制备方法，以实现钨基合金表面沉积金属碳化物涂层的需要。

为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种合金表面的金属碳化物涂层，其特征在于，包括C、Ta、Hf、W、Ti元素中的至少一种；且所述涂层为面心立方结构。

进一步的，所述金属碳化物涂层包括Ta、Hf和C三种元素；

进一步的，所述碳化物涂层的碳化物由Ta、Hf、C三种元素构成，所述碳化物为Ta_xHf_1-xC，其中，0≤X≤1。

本发明第二方面提供了一种具有金属碳化物涂层的合金，其特征在于，包括合金基体和涂覆在所述合金基体外表面的如权利要求1或2所述的金属碳化物涂层。

本发明的另一方面提供了一种合金表面的碳化物涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：预处理合金基体表面，使其粗糙度达到30nm～1μm；

S2：采用磁控溅射工艺，在所述合金基体表面形成含有上述金属碳化物的涂层；