一种复合于M42钢表面的碳化钛纳米墙及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种复合于M42钢表面的碳化钛纳米墙及其制备方法和应用。具体地，所述制备方法采用化学沉积法在M42钢表面制备所述碳化钛纳米墙。所述制备方法具有工艺简单、成本低、安全环保等优点。所述碳化钛纳米墙具有呈一定角度复合于金属基材表面、与金属基材表面结合强度较高、能耐较高温度、吸光度高且疏水性好等特点。

A Titanium Carbide Nanowall Composite on M42 Steel Surface and Its Preparation Method and Application

The invention relates to a titanium carbide nanowall composite on the surface of M42 steel, a preparation method and application thereof. Specifically, the preparation method adopts chemical deposition method to prepare the titanium carbide nanowall on the surface of M42 steel. The preparation method has the advantages of simple process, low cost, safety and environmental protection. The titanium carbide nanowall has the characteristics of being compounded at a certain angle on the surface of the metal base material, having high bonding strength with the surface of the metal base material, being able to withstand higher temperature, having high absorbance and good hydrophobicity.

【技术实现步骤摘要】
一种复合于M42钢表面的碳化钛纳米墙及其制备方法和应用
本专利技术涉及材料领域，具体地涉及金属-陶瓷复合材料的制备领域，更具体地涉及一种复合于M42钢表面的碳化钛纳米墙及其制备方法和应用。
技术介绍
金属-陶瓷基复合材料因为在力学、电学、光学等领域具有许多特殊的性能而受到人们的广泛关注。金属-陶瓷基纳米墙作为一种新型的金属-陶瓷基复合材料，其接触角、吸光度等物理性能与其他材料有较大差异，致使其有巨大的潜在应用价值。碳化钛纳米墙作为陶瓷基纳米墙的一种，具有陶瓷基纳米墙的基本性质，同时具有硬度高、化学稳定性高等特点，可能被运用于光学、机械等领域。但是，采用传统方法很难制备呈一定角度复合于金属表面，且与金属表面结合强度较高，同时能耐较高温度的碳化钛纳米墙。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种呈一定角度复合于金属表面，且与金属表面结合强度较高，同时能耐较高温度的碳化钛纳米墙及其制备方法。本专利技术的第一方面，提供了一种复合于M42钢表面的碳化钛纳米墙的制备方法，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墙。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/或所述钛源为四氯化钛。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。在另一优选例中，所述沉积保温温度为970-980℃，较佳地973-978℃，更佳地974-978℃。在另一优选例中，步骤3)进行所述涂层的沉积过程，且步骤3)中，所述辅助气体和所述碳源的流量比为1－8，较佳地，为2－7，更佳地3－6。在另一优选例中，步骤3)中，所述碳源的流量为400-2000sccm，较佳地600-1800sccm，更佳地800-1600sccm。在另一优选例中，步骤3)中，所述辅助气体的流量为3000－7000ccm，较佳地3200-6000sccm，更佳地3400-5000sccm。在另一优选例中，步骤3)中，所述第一时间段为10-80min，较佳地20-60min，更佳地30-50min。在另一优选例中，步骤4)中，所述第一降温速率为1－10℃/min，较佳地2－7℃/min，更佳地3－5℃/min。在另一优选例中，所述第二温度为室温，如25-40℃，较佳地30-35℃。本专利技术的第二方面，提供了一种复合材料，所述复合材料包含：基材；和复合于所述基材表面的涂层，所述涂层为碳化钛纳米墙；并且所述复合材料是采用本专利技术第一方面所述的制备方法制得的。在另一优选例中，所述基材为M42钢。在另一优选例中，所述复合为化学结合。在另一优选例中，所述碳化钛纳米墙呈片状。在另一优选例中，所述碳化钛纳米墙与所述基材呈10-90°夹角，较佳地30－90°夹角，更佳地50－90°夹角。在另一优选例中，所述碳化钛纳米墙的反射率为30-60％，较佳地40-60％，更佳地45-60％；和/或所述碳化钛纳米墙的水接触角为100-150°，较佳地110-140°，更佳地120-135°。在另一优选例中，所述复合材料具有选自下组的一个或多个特征：1)所述复合材料中，所述碳化钛纳米墙的表面密度为1－50片/um2，较佳地1－20片/um2，更佳地1－10片/um2；2)所述碳化钛纳米墙中，单片所述纳米墙的长度为0.5-3μm，较佳地0.6-2μm，更佳地0.8-1.5μm；3)所述碳化钛纳米墙中，相邻的纳米墙之间是相互连接或者独立存在的；4)所述碳化钛纳米墙中，所述钛元素的含量为50-70wt％，所述碳元素的含量为30-50wt％；5)所述碳化钛纳米墙与基材的结合强度≥10N，较佳地≥30N，更佳地≥50N；6)所述复合材料的最高使用温度≥300℃，较佳地≥350℃，更佳地≥400℃。另一优选例中，所述“相互连接”为化学结合。在另一优选例中，所述碳化钛纳米墙的厚度为10-500nm，较佳地10-100nm。本专利技术的第三方面，提供了一种制品，所述制品包含本专利技术第二方面所述的复合材料或由本专利技术第二方面所述的复合材料制成。在另一优选例中，所述制品选自下组：吸光陶瓷制品、疏水陶瓷制品。应理解，在本专利技术范围内中，本专利技术的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。附图说明图1为实施例1获得的复合于M42钢表面的碳化钛纳米墙1的SEM测试图。图2为实施例1获得的复合于M42钢表面的碳化钛纳米墙1局部高倍数的SEM图。图3为实施例1获得的复合于M42钢表面的碳化钛纳米墙1的XRD测试图。图4为实施例2获得的复合于M42钢表面的碳化钛纳米墙2的SEM图。图5为对比例1获得的复合于M42钢表面的碳化钛晶体涂层C1的SEM图。图6为实施例1获得的复合于M42钢表面的碳化钛纳米墙1和对比例1获得的复合于M42钢表面的碳化钛晶体涂层C1的紫外-可见光-近红外光反射率测试图。图7为实施例1获得的复合于M42钢表面的碳化钛纳米墙1(图b)和对比例1获得的复合于M42钢表面的碳化钛晶体涂层C1(图a)的接触角测试图。具体实施方式本专利技术人经过长期而深入的研究，通过调控所述碳化钛纳米墙的制备工艺(如沉积保温温度、沉积后降温速率、沉积过程中原料气体流量等)意外地在M42钢表面制备得到一种具有特定结构和优异力学性能、热学性能、光学性能和表面性能等的碳化钛纳米墙。所述制备方法具有工艺简单、成本低、安全环保等优点。所述碳化钛纳米墙具有呈一定角度复合于金属基材表面、与金属基材表面结合强度较高、能耐较高温度、吸光度高且疏水性好等特点。在此基础上，专利技术人完成了本专利技术。制备方法本专利技术提供了一种复合于M42钢表面的碳化钛纳米墙的制备方法，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墙。应理解，在本专利技术中，所述沉积保温温度应保持在970-980℃之间。当所述沉积保温温度低于970℃时，沉积获得的碳化钛纳米墙结构和分布不均匀，不具备较好的疏水性能和光吸收率；当所述沉积保温温度高于980℃(如对比例1)，气相沉积无法获本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合于M42钢表面的碳化钛纳米墙的制备方法，其特征在于，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墙。

【技术特征摘要】
1.一种复合于M42钢表面的碳化钛纳米墙的制备方法，其特征在于，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墙。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，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/或所述钛源为四氯化钛。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述沉积保温温度为970-980℃。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)进行所述涂层的沉积过程，且步骤3)中，所述辅助气体和所述碳源的流量比为1－8。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)中，所述第一时间段为10-80min。6.如权利要求1所述的方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：马付根，江南，王少龙，杨科，
申请(专利权)人：宁波晨鑫维克工业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33