[发明专利]硼化钛基无机复合材料涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明的技术方案涉及对金属材料的镀覆，具体地说是硼化钛基无机复合材料涂层的制备方法。

背景技术

无机材料涂层是用作为耐磨、耐蚀和耐高温涂层的首选材料。硼化物基无机材料涂层是应用最广泛的无机材料涂层之一，比如硼化钛基、硼化锆基无机材料涂层被广泛作为涂层材料用来提高整体材料的表面性能。TiB₂具有高熔点、高硬度、低密度、耐磨性好和高抗化学腐蚀性等诸多优异性能，被广泛应用于航空航天、武器装备、冶金和刀具等领域，用作如切割工具、电极、涡轮机叶片、燃烧室、化学反应器、坩埚、泵的叶轮和热电偶的保护层。陶瓷复合材料由于各组分之间“取长补短”，“协同作用”，弥补了单相材料的缺点，并且可按需要设计、复合成综合性能优异的新型陶瓷材料，从而产生单相材料所不具有的新性能。因此，研究者们通过向TiB₂中加入“第二相”来形成TiB₂基复合材料，从而使制备出的TiB₂基复合材料的强度和韧性得到了明显提高。已经制备出的TiB₂基复合材料包括：TiB₂-TiC、TiB₂-TiN、TiB₂-TiCN、TiB₂-SiC、TiB₂-Al₂O₃、TiB₂-BN、TiB₂-MoSi₂、TiB₂-AlN、TiB₂-FeAl、TiB₂-TiAl、FeAl-Fe₃Al-TiB₂-Al₂O₃、TiB₂-Ni、TiB₂-Co、TiB₂-Mo、TiB₂-NiCr、TiB₂-Al₂O₃-Al和TiB₂-Al₂O₃-Al-Fe等。这些TiB₂基复合材料可以用来制作各种耐高温部件及功能部件，也是制作装甲防护材料的最好材料之一。

目前制备TiB₂或TiB₂复合材料的主要方法有：

1）直接合成法：Ti+B→TiB₂；

2）非金属热还原法：TiO₂+B₂O₃+C→TiB₂+CO；

3）金属热还原法：TiO₂+B₂O₃+A1(Mg)→TiB₂+A1₂O₃(MgO)；

4）碳化硼法：TiO₂+B₄C+C→TiB₂+CO；

5）电解法：TiO₂+B₂O₃+MgO+MgF₂→TiB₂。

其中，第1）种方法采用价格很昂贵的金属钛和硼为原料，成本高；第5）种方法需要消耗大量的电能，同时由于B₂O₃的挥发，对设备造成了很大的破坏；而比较普遍的制备方法是上述2）、3）和4），这些方法中又以铝热、镁热或碳热还原法居多，但是由于这些物质化学性质活泼，反应迅速，难以控制，合成出的TiB₂复合材料疏松多孔，难以实现材料的致密化，因而只能采用动力强化等方法来获得致密的TiB₂复合材料，致使制备成本高，不易大规模生产。

另一方面，要获得性能优异的TiB₂基复合涂层，除了从组分设计上选择适宜组分材料进行复合外，还应从材料结构角度来设计。众所周知，控制结构微细化从微米级下降到亚微米级甚至是纳米级，则材料强度、韧性就会有很大提高。