[发明专利]一种复合于M42钢表面的碳化钛纳米晶体涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种复合于M42钢表面的碳化钛纳米晶体涂层及其制备方法和应用。具体地，本发明公开了一种所述碳化钛纳米晶体涂层的制备方法，所述方法以低压化学气相沉积法在M42钢表面制备所述碳化钛纳米晶体涂层。本发明还公开了以所述制备方法制得的复合于M42钢表面的碳化钛纳米晶体涂层。所述制备方法具有工艺简单、成本低、安全环保等优点。所述涂层具有摩擦系数适中、与基体M42钢结合力强等特点。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体地涉及陶瓷基涂层制备领域，尤其是涉及一种复合于M42钢表面的碳化钛纳米晶体涂层及其制备方法和应用。

背景技术

M42高速钢作为一种耐磨、耐冲击的钢材在螺丝业和锻造业应用广泛，特别是在螺丝制造业被大量使用。

作为重要的工业零配件，螺丝在电子产品，机械产品，数码产品，电力设备，机电机械产品等工业产品中有着大量的应用。然而，不同的设备往往处于不同的使用环境，例如，海洋船舶常年在海洋中行驶，其内部环境难免含有大量的水汽和盐类物质。这就要求各类设备中的螺丝能够适应其独特的使用环境。众所周知，M42钢机械性能固然出色，但作为铁基材料，其无法有效抵抗各类化学腐蚀或水汽侵蚀。

为了解决M42钢制螺丝抗腐蚀或锈蚀的问题，人们尝试了许多表面防护的办法，包括电镀防护层、刷有机涂层等。各类防护方法制备的防护涂层优缺点各有不同：有些涂层能够使螺丝防腐蚀，却使螺丝的螺纹力学性能受到限制，例如：普通钢制螺丝的摩擦系数一般在0.1-0.2范围内，涂层摩擦系数过大或过小，会导致螺丝无法与螺母正常装卸；有些涂层与螺丝表面结合力不强，无法适应螺丝与螺母的装卸操作而轻易脱落；有些涂层制备方法经济成本高，如采用物理气相沉积法制备防护涂层；有些涂层制备方法的制备过程会产生环境污染，如电镀法、化学镀法等。

陶瓷材料的抗酸碱腐蚀和抗盐分腐蚀能力优于一般的铁基金属材料，因而，开发一种性能优异的M42钢表面陶瓷基防护涂层及其制备方法具有十分重要的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种力学性能优异、防护性能出色的M42钢表面防护涂层及其制备方法和应用。

本发明的第一方面，提供了一种复合于M42钢表面的碳化钛纳米晶体涂层的制备方法，所述方法包括如下步骤：

1)提供M42高速钢、碳源、钛源和辅助气体；

2)将所述M42高速钢置于CVD炉内，在所述辅助气体气氛下，加热CVD炉至沉积保温温度；

3)将所述碳源和所述钛源通入所述经加热的CVD炉内，保温第一时间段；

4)将所述CVD炉以第一降温速率降温至第二温度，同时停止通入所述碳源和所述钛源；

5)在所述CVD炉降温至第二温度后，停止通入所述辅助气体，得到所述复合于M42钢表面的碳化钛纳米晶体涂层。

在另一优选例中，所述碳源选自下组：甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯、乙炔、或其组合；和/或

所述钛源包括四氯化钛。

在另一优选例中，所述碳源为气态。

在另一优选例中，所述钛源为液态。

在另一优选例中，当所述钛源为液态时，在通入CVD炉之前，所述钛源经汽化处理。

在另一优选例中，所述辅助气体为非氧化性气体。

在另一优选例中，所述辅助气体选自下组：氢气、氩气、或其组合。

在另一优选例中，所述辅助气体具有选自下组的作用：

1)作为载体，将经汽化的钛源载入CVD炉；

2)作为抗氧化气体，以避免所述碳化钛在沉积过程中发生氧化。