[发明专利]一种纳米线增强SiC耐磨涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米线增强SiC耐磨涂层的制备方法，具体涉及一种在炭/炭（C/C）复合材料或者石墨材料表面制备SiC纳米线增强SiC耐磨涂层的方法。

背景技术

C/C复合材料具有低密度、高比强、高比模、低热膨胀系数、耐热冲击等一系列优异性能，尤其是这种材料的强度随温度的升高不降反升的独特性能，使其作为热结构件使用具有其他材料无法比拟的优势。然而，C/C复合材料在高温氧化气氛中极容易被氧化。带有SiC涂层的C/C复合材料克服了C/C复合材料在高温有氧环境下极易氧化的缺点，充分发挥了C/C复合材料低密度、高比强度、低热膨胀系数、高温性能好等优点。这种材料有望在高温活动部件中（如活塞、高温阀、高温轴承等）获得应用。然而，文献1“Tribological behaviors of SiC/h-BN composite coating at elevated temperatures，Chen Zishan,Li Hejun,Fu Qiangang,Qiang Xinfa,Tribology International56(2012)58-65”提出采用包埋法制备SiC耐磨涂层，但在800℃下C/C复合材料表面的SiC涂层与SiC配副对摩过程中由于脆性断裂而导致涂层剥落失效。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种纳米线增强SiC耐磨涂层的制备方法，以克服现有的C/C复合材料表面SiC涂层在高温下容易脆性断裂而导致涂层剥落失效的缺陷。

技术方案

一种纳米线增强SiC耐磨涂层的制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、预处理C/C复合材料：将C/C复合材料采用砂纸打磨抛光，然后依次分别用水和无水乙醇超声清洗15-20min，在空气中晾干或者烘干；

步骤2、在C/C复合材料表面制备多孔SiC纳米线层：分别称取质量百分比为10-20%的Si粉，15-30%的C粉，55-75%的SiO₂粉，置于松脂球磨罐中，球磨混合处理2-4小时；

步骤3：然后将步骤2制备好的粉料放入石墨坩埚中，并将步骤1处理的C/C复合材料用碳绳捆绑后悬挂在石墨坩埚内的粉料上方，将石墨坩埚放入真空加热炉中，以5-10℃/min升温速度将炉温从室温升至1600-1700℃，保温1-3小时；随后关闭电源自然冷却至室温，得到含SiC纳米线的C/C复合材料；全程氩气保护；

步骤4、在含SiC纳米线的C/C复合材料表面制备SiC涂层：称取质量百分比为10-20%的Si粉，80-90%的C粉，5-15%的Al₂O₃粉，置于松脂球磨罐中，球磨混合处理2-4小时后烘干；

步骤5：将步骤4制备的粉料铺于石墨坩埚底部，接着将含SiC纳米线的C/C复合材料放入坩埚里粉料表面，再在上面铺满步骤4制备的粉料直至将SiC纳米线的C/C复合材料没与粉料之中；

步骤6：将石墨坩埚放入空加热炉中，以氩气作为保护气体，以5-10℃/min升温速度将炉温从室温升至1800-2100℃，保温1-3小时；随后关闭电源自然冷却至室温。

所述的Si粉的纯度为99.5%、粒度为300目。

所述的C粉的纯度为99%，粒度为320目。

所述的SiO₂粉的纯度为分析纯、粒度为300目。

所述的Al₂O₃粉的纯度为分析纯、粒度为300目。

有益效果

本发明提出的一种纳米线增强SiC耐磨涂层的制备方法，在C/C复合材料表面原位生长SiC纳米线，纳米线的添加使涂层的断裂韧性提高，降低SiC涂层在高温摩擦过程中的脆性断裂，进而提高涂层的耐磨性能。

本发明的有益效果：在C/C复合材料表面制备了多孔SiC纳米线层，利用SiC纳米超高的强度和弹性模量以及其于SiC涂层基体的良好结合力，有效提高了SiC涂层的断裂韧性，从而降低了SiC涂层高温磨损率，有利于增强涂层的耐磨性能。添加SiC纳米线后，SiC涂层在800℃下的磨损率从1.51×10^-3mm³·N^-1·m^-1降低至1.83×10^-4mm³·N^-1·m^-1，降低了一个数量级。

附图说明