[发明专利]碳化钛耐磨陶瓷涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种碳化钛耐磨陶瓷涂层及其制备方法和应用。具体地，本发明提供一种碳化钛耐磨陶瓷涂层，所述涂层含有微孪晶与层错的复合结构。本发明所述涂层的复合结构可以有效改善碳化钛涂层的韧性并降低涂层内应力，且化学气相沉积法制备的碳化钛耐磨陶瓷涂层可有效提高膜基结合力，增强涂层晶化程度。

技术领域

本发明涉及陶瓷耐磨涂层领域，具体涉及一种碳化钛耐磨陶瓷涂层及其制备方法和应用。

背景技术

碳化钛涂层具有高硬度、耐腐蚀、化学稳定性好等优点，常用作硬质合金、高速钢等刀具、模具表面耐磨涂层以提高其切削性能及使用寿命。但是，采用传统方法制备的碳化钛涂层通常存在膜基结合力弱、晶化程度低、结构应力大、韧性差等缺点，从而导致涂层工模具在使用过程中出现崩裂、脱落等现象，其对硬质合金与高速钢工模具性能的提升效果受到限制。

针对上述不足，目前的改进方法由两类：(1)引入N元素来制备TiC_xN_1-x涂层，通过调整涂层组成中N与C元素的比例，降低涂层的脆性并提高涂层的韧性，增强涂层的耐磨性能；该方法一定程度上减少了崩裂现象，提高了涂层的使用寿命；但是N元素引入降低了涂层的硬度并增加了涂层的摩擦系数，在加工硬度较高的材料时,会随着时间的增加而加深涂层粘结磨损的程度，导致工模具耐磨性能下降、使用寿命降低。(2)制备TiC复合涂层。如TiC/TiCN、TiC/TiN、TiC/TiCN/TiN复合涂层等。其中TiC/TiCN/TiN复合涂层在强度和韧性方面取得较好的结果。然而复合涂层的摩擦磨损性能容易受到各子涂层的厚度、界面结合、相组成与分布的影响，必须通过涂层制备参数的精确控制才能获得具有较好耐磨性能的涂层结构。同时，复合涂层的厚度一般大于单一涂层，因此其加工尺寸的精密度相比于单一涂层略低；另外，与单一涂层相比，复合涂层的制备工艺繁琐、生产成本高等。

因此，本领域亟需开一种兼具高硬度、强韧性、高耐磨性能的新型碳化钛涂层，从而克服现有技术缺点，提高性能，扩大碳化钛涂层的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有良好耐磨性的碳化钛耐磨陶瓷涂层及其制备方法和应用。

本发明的第一方面，提供一种碳化钛耐磨陶瓷涂层，所述涂层含有碳元素和钛元素形成的碳化钛，且所述涂层中的碳化钛含有微孪晶与层错复合结构。

在另一优选例中，所述的涂层基本上由碳元素和钛元素形成的碳化钛构成。

在另一优选例中，所述的涂层由碳元素和钛元素组成。

在另一优选例中，所述的涂层为微孪晶与层错复合结构。

在另一优选例中，所述涂层中，C和Ti的总含量≥95％，较佳地≥98％，更佳地≥99％，或≥99.5％，最佳地≥99.9％，按所述涂层的总重量计。

在另一优选例中，所述的微孪晶与层错复合结构的体积V1与所述涂层的体积V0之比(V1/V0)≥50％，较佳地≥80％，更佳地≥90％，最佳地≥99％。

在另一优选例中，所述涂层中碳元素的原子百分比为20-60％，钛元素的原子百分比为40-80％，按所述涂层中原子的总数计。

在另一优选例中，所述涂层中含有碳化钛晶粒。

在另一优选例中，所述碳化钛晶粒的平均粒径为300-600nm。

在另一优选例中，所述微孪晶的尺寸大小为10-150nm，较佳地50-80nm；和/或

所述层错长度为30-100nm，较佳地50-80nm。

在另一优选例中，所述的涂层的厚度为1-20μm，较佳地2-10μm，更佳地5-7.5μm。

在另一优选例中，所述的涂层包括选自下组的一种或多种特征：