[发明专利]将钛和氮化物扩散到经涂布材料中的方法

说明书

发明背景

本发明总体上涉及一种将钛和氮化物扩散到材料中的方法。更具 体而言，提供了一种将钛和氮化物扩散到其上具有涂层的材料中的方 法。

本发明涉及一种在电解钛的存在下将钛和氮化物扩散到其上具 有涂层的基材中的低温方法。优选低温方法的原因在于其避免或减少 对材料的弯曲和扭曲。通常认为钛是具有非常高的拉伸强度(或韧性) 和出色的耐腐蚀性的惰性、重量轻的材料。因此，因为它们的惰性性 质、增强的硬度、增强的拉伸强度和增强的耐磨性，含有钛的产品可 用于包括工业、生物医学、航空宇宙、汽车、防御、珠宝、工具、工 具制造、枪制造应用等各种应用和其他诸如此类的应用。

U.S.专利号6,645,566，该专利在此通过引用结合到本文中并作为 本文的一部分，描述了一种用于将钛和氮化物扩散到包括钢、钢合金、 铝、铝合金、钛、钛合金的各种基材中的方法。然而，U.S.专利号 6,645,566没有描述一种将钛和氮扩散到其上具有涂层的材料中的方 法。

各种材料(例如，碳化物、金属和金属合金)被用于需要硬度、 拉伸强度和/或耐磨性的应用中。虽然这些材料可固有地包括这些特 性，但进一步增强这些特性是人们所期望的。因此，各种表面处理方 法和涂布方法已经应用于这些材料。常规表面处理方法和涂布方法可 包括但不限于热处理、纳米涂布、陶瓷涂布、物理气相沉积(PVD)、 化学气相沉积(CVD)、离子辅助涂布(IAC)，以及其他适宜的表面处理 或涂布。通常优选这些常规方法是因为与更换这些材料相比它们以较 低的成本延长了材料的寿命。

然而，涂层只有在涂层与基底材料间粘合强度好的情况下才被认 为是好的。好的粘附力在进行工业上有用的涂布方法中是一个重要的 先决条件。出于这个原因，一些涂层方法已经得到发展，每种方法都 试图提高涂层与基材间的界面强度。

举一个例子，常规表面处理方法和涂布方法已经典型地应用于钢 和钢合金。通常认为钢和钢合金包含有高含量的铁。一些常规表面处 理方法(如在一些物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)和离子辅 助涂布(IAC)方法中)包括渗氮，其中氮被引入以便其与钢或钢合金中 的铁反应以形成坚硬的氮化亚铁层。该反应引起坚硬的硝酸亚铁层的 形成，所述氮化亚铁层作为基材上适宜的涂层。

然而，这些渗氮方法在处理含铁量相对较低的材料(如，碳化物) 时通常有缺陷。那样的话，当将这些方法应用于这样的材料时，通常 没有足够的铁与氮反应。因此，常规的渗氮表面处理因为基材的低铁 含量通常不能在其上形成坚硬的氮化亚铁层。反而形成了对基材表面 具有弱粘附力的涂层，因此导致它易碎裂。

因此本发明的一个目的在于将钛和氮化物扩散到其上具有涂层 的材料中，以增强涂层本身(in and of itself)。本发明的另一个目的在 于提供一种方法，该方法可在涂层和基材内实现钛的增强特性。

发明概述

鉴于本发明在此要求保护的预期目标，提供了一种将钛和氮化物 扩散到其上具有涂层的基材中的方法以及由此制成的产品。那样的 话，本发明方法可在涂层和基材内实现钛的增强特性。

在一个这种实施方案中，基材可采用本发明钛和氮化物扩散方法 处理及随后用常规表面处理或涂布处理。所述方法通常包括以下步 骤：提供其上具有涂层的基材；提供盐浴，所述盐浴包含过氧化钠和 选自氰酸钠和氰酸钾的盐；在所述盐浴中分散由钛化合物电解形成的 金属钛；将盐浴加热到约430℃-约670℃；和将基材浸泡在盐浴中持 续约10分钟-约24小时。

按照此实施方案，钛和氮(nitrogen)扩散并填充了涂层结构内的空 隙，同时也扩散并填充了基材结构内的空隙。而且，在从涂层到其下 基材的扩散途径中在其间形成了所得钛界面或钛网。该界面或网提供 了额外的益处即在涂层与其下基材间提供了更好的粘附力。

本发明的一个方面提供了一种经处理的制品，所述制品包括其上 具有涂层的基材，其中所述基材和涂层各自包含微结构；扩散到每个 微结构中的钛组分；且所述钛组分是除了任何存在于涂层和基材中的 每个中的钛之外的。

本发明的另一个方面提供了一种经处理的制品，所述制品包含具 有特别微结构的经处理的基材；扩散到微结构中的钛组分；且所述钛 组分是除了任何存在于基材内的钛之外的。