原位反应制备复合涂层论文.docx

原位反应制备TiC-TiB2复合涂层摘要近年来， TiC-TiB2复相陶瓷是一种非常具有前景的高温结构陶瓷材料，在特殊电极、切削刀具、耐磨零部件以及其他特殊行业具有广泛地应用领域，由于其高耐磨性、高硬度和杰出的耐高温性等引起越来越多的关注。它作为优质的增强相在金属基复合材料工程应用等方面发挥了越来越重要的作用。关键词：制备方法，TiC-TiB2复合陶瓷，研究现状1 TiC-TiB2复相陶瓷1.1TiC的物性特征由于TiC的密度低、硬度高和良好的高温性能、易结合性、易加工型、并且不含有战备元素，所以很多耐磨材料、金属陶瓷材料和硬质工具都把它选为增强相。碳化钛的熔点3200℃，沸点4820℃，灰黑色晶体，不和盐酸发生作用，可以由TiO2和骨炭在电炉中加热制备。碳化钛的热膨胀系数为7.4×10-6mm·K-1mm-1，晶粒有五个滑移系，800℃以上呈延性，为硬质合金重要组成部分。可以用来用作金属陶瓷材料的增强相，具有耐蚀性好、热稳定性高、硬度高等热点。根据王玉林等人的研究[1]，现在更多是把原位生成的碳化钛当做增强相，制备铝基、钛基、铁基等复合材料。不管用什么材料作为基体，碳化钛颗粒必须组织均匀、粒度细小。1.2 TiB2的物性特征TiB2粉末末为灰色或者灰黑色，晶体结构中的B原子面和Ti原子面胶体出现构成二维网状结构，B外层有4个原子，每个B原子与另外B原子以共价键相结合，剩余的一个电子形成了一个大π键。这种和石墨相似的B原子层和Ti外层电子导致其良好的导电和导热性能，室温下电阻率为15×10-6Ω·m。热导率为25W/mK，其熔点为3253℃，而B与Ti原子面中间的Ti-B键导致了其比较高的硬度和脆性。TiB2还具有优良的化学稳定性，其抗氧温度达1100℃，在HNO3、HCL、HF保持稳定，但是会被强碱分解。二硼化钛主要用作多元复合材料重要组成成分，制作各种耐高温部件及功能部件，由于其可抗熔融金属的腐蚀，也会用在熔融金属坩埚和电解池电极生产中。1.3 TiC-TiB2复相陶瓷材料研究现状近几年，TiC-TiB2复相陶瓷引起越来越多的研究兴趣，因为其优良的耐磨性、硬度和耐高温性能，可以用于制作金属压膜、刀具、发动机和热交换器的高温部件等，具有广泛地应用前景。TiC-TiB2复合陶瓷具有高硬度、高熔点、高导电率、高耐磨耐蚀性、耐冲击和高温稳定性好等许多优点，另外，与单相TiB2和TiC材料相比[2]，具有更好的断裂韧性和耐磨性。也可以和金属与金属间化合物构成耐磨涂层，能够在耐磨环境下很好地应用[3]。现在努力降低成本，不断地把TiB2-TiC复合材料的强度、高温性能和韧性增强是今后发展的基本趋势，合理地选择制备工艺和对组成进行优化设计工作也是会很大程度上影响复合材料发展进程。目前关于TiB2-TiC复合涂层的制备国内外诞生了很多方法，比如电火花沉积法涂覆、激光或等离子原位熔覆等等。目前制备TiC-TiB2复合陶瓷的普通方法基本上是热压烧结、反应烧结、反应热压烧结、自蔓延高温合成技术，单这些技术或者是成本过高，或是性能不好、应用受到限制。因此材料工作者一直致力于廉价、高性能并且更有技术含量的制备方法与工艺。目前粉末冶金法之中有一个最近在发展的新方法，那就是将粉末冶金法同预案合成法相结合制备复合材料，另外，利用高能源熔覆涂层，使得基体表面性能提高的方法，也得到快速的发展。2复合陶瓷制备方法2.1放热弥散法XD技术是有美国Martin Marietta公司1983年开始研究开发的制备MMCs工艺，其工艺原理是：将两种固态反应元素粉末和金属基体粉末混合均匀，压实除气后，将压坯快速加热到基体金属的熔点以上温度，两种原始粉末会在熔体介质中产生放热化学反应而生成增强颗粒[9]，增强颗粒尺寸细小、呈弥散分布[4]。这种方法最重要的是把金属基复合材料中增强相尺寸控制在一定大小、体积分数和形状都要合适。这种方法还有很多优点：(1)反应是在熔融状态下进行，所以可以进一步近终成型；(2)通过控制不同的加热温度可以控制增强相颗粒的尺寸；(3)可以制备各种IMCp和MMCp；(4)可以通过控制增强相组分物料的含量和比例来控制增强相颗粒的体积百分比；(5)增强相的种类有很多，如硼化物、碳化物、硅化物。2.2气液反应合成法VLS技术由Koczak和Kumar在1989年发明并申请专利,其原理是采用惰性气体为载体，将含碳或氮的反应气筒通入到含Si、Ti等元素的高温熔体中，利用气体分解生成的氮或碳与合金中的Ti、Si等发生快速化学反应，生成热力学稳定的氮化物、碳化物等陶瓷颗粒作为增强相[5]。其中的过程参数包括反应温度、反应基体成分及浓度和合金元素种类等。VLS技术有增强体颗粒细小、界面清洁和反应后熔体能够由铸造等工艺近终形成型等优点。但是该方法反应温度为1200-1