【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种具有耐磨性能的金属硼化物涂层制备方法，属于耐磨材料制备。
技术介绍
1、磨损是金属材料损耗和能源耗费的重要原因，主要发生在材料表面。通过在表面制备高耐磨涂层可显著改善材料的性能，从而降低损耗。众所周知，陶瓷材料因其出色的耐磨性而备受关注，尤其是过渡金属硼化物，可同时具备类金属和类陶瓷的性能，已广泛应用于医疗、航天、化工等领域。其中，wb作为一种涂层增强相材料，有望显著提升材料表面的耐磨性能。
2、制备wb涂层的方法多种多样，其中一种是通过物理气相沉积直接在表层制备。然而，这种方法制备的涂层通常具有较大的内应力，导致涂层较薄(<1μm)，难以满足使用要求。另一种方法是化学气相沉积，但需要使用三氯化硼气体，存在一定的危险性，且沉积过程难以控制，难以调控厚度与结构。因此，有必要开发一种新的制备方式，以便简单、快捷、高效地制备高耐磨的wb涂层。
3、经过大量研究，我们发现，先采用化学气相沉积法制备柱状超细晶钨涂层，然后采用固相渗硼法可以有效引入b原子，柱状超细晶钨涂层可为b原子提供扩散通道，降低渗硼温度，从而显著提升工作效率。这种方法可以实现低温沉积(>300℃)，避免高温对基体材料的影响，同时确保涂层具有厚度可控、纯度高、良好致密性等特点。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种耐磨的硼化钨涂层及其制备方法。
2、本专利技术方法以化学气相沉积技术为基础，在纯钨基体表面沉积厚度可控如约为29.1μm
3、本专利技术中，超细柱状晶结构钨涂层作为过渡层，它的存在可以提供b原子扩散通道，降低后续固相硼化温度；硼化钨涂层可以显著提高耐磨性能。
4、本方法工艺简单，超细柱状晶结构钨涂层、硼化钨涂层厚度易调控，可根据实际需要设定，具有较高的实际应用价值。
5、为实现上述技术目的，本专利技术的技术方案如下：
6、1)砂纸打磨线切割轧制态纯钨基体至1000#，而后使用酒精超声清洗并干燥备用；
7、2)砂纸打磨化学气相沉积设备沉积台至光滑，检查设备安全性；
8、3)打开氩气流量针阀通入保护气体氩气3～5min，对反应室及所有管道排空空气，待反应室及所有管道排空结束后，检测设备气密性；
9、4)通入氢气并将排出反应室的尾气点燃，然后关闭氩气流量针阀；
10、5)通过电流加热反应室，当沉积基体到设定温度保温15min；
11、6)打开尾气处理系统的碱泵并将加热汽化后的wf6与h2混合后通入反应室，wf6与h2发生氢还原反应生成w原子沉积在基体表面得到钨涂层；到达工艺反应设定时间后关闭反应气体、加热电源，使反应室降温；当反应室温度降到100℃以下后取出沉积试样，化学气相沉积实验结束；
12、7)将商用渗硼剂置于陶瓷坩埚中，连同陶瓷坩埚一起放入烘箱内干燥；
13、8)将经过化学气相沉积实验后的具有超细柱状晶结构钨涂层的基体埋入烘干过的渗硼剂中，使用密封剂密封于陶瓷坩埚内；
14、9)将密封坩埚放入箱式高温炉进行固相渗硼处理；
15、10)样品随炉冷却后，取出渗硼试样；
16、11)使用3000#砂纸轻磨去试样表面残留的渗硼剂，并用酒精超声冲洗试样，干燥后密封保存即获得具有耐磨性能的钨-钨硼复合涂层金属陶瓷材料。
17、所用基体为轧制态纯钨，其中试样尺为可根据需要控制，如采用ф15×2mm的样品。
18、所述步骤(3)中，氩气流量为25mm。
19、所述步骤(4)中，氢气流量为25mm。
20、所述步骤(5)中，沉积温度为600℃，沉积时间为50-70min优选60min。
21、所述步骤(1)和(11)中超声清洗时间为10min。
22、所述步骤(7)中，渗硼剂干燥温度为150℃，干燥时间为120min。所述步骤(7)中，渗硼剂为商用固体粉末渗硼剂(如渗硼剂包括组分：碳化硼、碳化硅、氟硼酸钾、铝粉)。
23、所述步骤(9)中，固相渗硼温度为850℃，渗硼时间为120min。
24、本专利技术的有益效果是：
25、在轧制态钨基材料表面化学气相沉积超细柱状晶结构钨涂层，提供了硼原子的扩散通道，降低了渗硼温度，提供了低温渗硼的条件。利用化学热处理技术中的固相渗硼工艺再加以处理，实现了钨基材料耐磨性能的提升。
26、轧制态钨基体在600℃的沉积温度下保持60min，生长得到约29.1μm厚的涂层，呈排列规整的柱状晶组织，宏观表面呈现银白色，且较为平整。在850℃的渗硼温度下处理120min，可以钨涂层上获得厚度在3-4μm范围内的硼化钨涂层。经摩擦磨损性能测试，硼化钨涂层的磨损率仅为5.4×10-6mm3/n·m，较钨涂层下降了一个数量级。本专利技术制备得到的复合金属陶瓷材料具有硼化层厚度易调控的优点，在耐磨领域具备良好的应用前景。
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1.一种高耐磨硼化钨涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所用基体为轧制态纯钨，其中试样尺为可根据需要控制，如采用Ф15×2mm的样品。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，氩气流量为25mm；所述步骤(4)中，氢气流量为25mm。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)中，沉积温度为600℃，沉积时间为50-70min优选60min。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)和(11)中超声清洗时间为10min。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(7)中，渗硼剂干燥温度为150℃，干燥时间为120min。
7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(7)中，渗硼剂为商用固体粉末渗硼剂。
8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(9)中，固相渗硼温度为850℃，渗硼时间为120min。
9.按照权利要求1-8任一项所述的方法制备的高耐磨硼化钨涂层
10.按照权利要求1-8任一项所述的方法制备的高耐磨硼化钨涂层，轧制态钨基体在600℃的沉积温度下保持60min，生长得到约29.1μm厚的涂层，呈排列规整的柱状晶组织，在850℃的渗硼温度下处理120min，钨涂层上获得厚度在3-4μm范围内的硼化钨涂层；经摩擦磨损性能测试，硼化钨涂层的磨损率仅为5.4×10-6mm3/N·m。
...【技术特征摘要】
1.一种高耐磨硼化钨涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所用基体为轧制态纯钨，其中试样尺为可根据需要控制，如采用ф15×2mm的样品。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，氩气流量为25mm；所述步骤(4)中，氢气流量为25mm。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)中，沉积温度为600℃，沉积时间为50-70min优选60min。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)和(11)中超声清洗时间为10min。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(7)中，渗硼剂干燥温度为150℃，...
【专利技术属性】
技术研发人员：王金淑，吴振江，陈树群，周文元，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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