【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属材料及其表面处理，具体涉及一种耐磨陶瓷渗层、带有耐磨陶瓷涂层的金属铬材料及其制备方法。
技术介绍
1、铬是一种具有银白色光泽的金属，其熔点为1907℃，沸点为2679℃。纯铬在常温下有较好的塑性以及成型性能。广泛应用于钢铁优化、化学催化、新型电池、航空航天发动机零部件以及核工业等领域。然而金属铬硬且脆，耐磨性差，抗高温氧化性能差，影响了金属铬在高温服役时的使用性能，也限制金属铬的使用范围。
2、cr3c2是过渡金属碳化物中最重要的功能材料之一，具有一系列优异的性能，它是一种在高温环境下具有良好的耐磨、耐腐蚀、抗氧化的高熔点的材料，可与镍铬合金制得硬质合金颗粒，可作为耐高温、耐磨、耐氧化与耐酸涂层，广泛用在飞机发动机和石油化工机械器件上，可大大提高机械的寿命。也常用作硬质合金的晶粒细化剂及其他耐磨、耐腐蚀元件。以cr3c2为基的金属陶瓷在高温下有极优异的抗氧化性能。粗粒碳化铬作为熔喷材料在金属及陶瓷表面形成熔喷覆膜，赋予后者以耐磨、耐热、耐蚀等性能，广泛用于飞机发动机及石油化工机械器件上，以大大提高机械寿命。亦用于喷制半导体膜。
3、制备碳化铬复合涂层的方法包括：气相还原法、碳热还原法、机械合金法等。但使用上述方法制备的碳化铬复合涂层与基体的结合不够紧密，一定程度上影响了材料的使用性能和使用寿命。
4、
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种耐磨陶瓷渗层、带有耐磨陶瓷涂层的金属铬材料及其制备方法，本专利技术
2、一种耐磨陶瓷渗层，包括cr3c2相和cr2c相，其中cr3c2相的体积占比为55-65%、cr2c相的体积占比为35-45%；所述耐磨陶瓷渗层的厚度为10μm-100μm；所述耐磨陶瓷渗层承受划痕载荷为15n-50n。
3、具体的，所述耐磨陶瓷渗层在高温熔融金属铈中腐蚀速率为0.1500μm/h-0.7300μm/h。金属铬渗碳后在1400℃-1600℃高温熔融金属铈中的腐蚀速率的确定方法为：根据样品失重质量m，样品表面积s，渗层物质密度ρ和腐蚀时间t，利用公式η=m/s/ρ/t，计算得出渗碳后金属铬样品的腐蚀速率在0.1500-0.7300μm/h范围内。
4、一种带有所述的耐磨陶瓷渗层的金属铬材料，包括金属铬基体和所述耐磨陶瓷渗层，所述耐磨陶瓷渗层设置于所述金属铬基体的表面。
5、一种所述的带有耐磨陶瓷渗层的金属铬材料的制备方法，使用脉冲渗碳法制备耐磨陶瓷渗层，包括以下步骤：
6、（1）将金属铬基体放入真空设备中，抽真空至0.1pa以下，然后升温至600℃-1400℃并保温；
7、（2）保温开始后，根据脉冲工艺分别向真空设备内通入碳源气氛和保护气氛，使真空设备内压强升高至100pa-1000pa，脉冲工艺结束后再抽真空；
8、（3）重复步骤（2）多次，控制所述碳源气氛总保温时间为5min-60min，所述保护气氛总保温时间为80min-500min，直到渗层达到要求为止，最终得到所述带有耐磨陶瓷渗层的金属铬材料。
9、优选的，所述碳源气氛配置为：5min-60min乙炔或甲烷；所述保护气体配置为80min-500min氮气或氩气。优选的，碳源气氛和保护气体配置可以选择以下四种中的一种或多种组合：
10、第一种：（5~60min乙炔）+（80~500min氮气）（例如5min乙炔+450min氮气、20min乙炔+500min氮气、45min乙炔+400min氮气等）；
11、第二种：（5~60min乙炔）+（80~500min氩气）（例如10min乙炔+400min氩气、25min乙炔+300min氩气、50min乙炔+400min氩气等）；
12、第三种：（5~60min甲烷）+（80~500min氩气）（例如5min甲烷+450min氩气、25min甲烷+400min氩气、35min甲烷+450min氩气等）；
13、第四种：（5~60min甲烷）+（80~500min氮气）（例如15min甲烷+450min氮气、20min甲烷+400min氮气、40min甲烷+450min氮气等）。
14、优选的，所述碳源气氛配置用真空系统脉冲程序进行控制。采用脉冲的方法有利于提高真空渗步骤的反应效率，也有利于提高渗层的耐磨性和均匀性。
15、优选的，使用200目-2000目砂纸将金属铬基体表面进行打磨或者用抛光材料对金属铬基体表面进行抛光，然后使用丙酮或者酒精对金属铬基体进行超声清洗，最后再放入真空设备中。采用上述方法对金属铬基体进行预处理方法，可以使金属铬基体表面更加光滑和洁净，有利于提高渗层与基体的结合力。
16、优选的，取出真空设备中的材料，依次放入清水、酒精中超声清洗，最后得到所述带有耐磨陶瓷渗层的金属铬材料。
17、本专利技术的有益效果：
18、（1）本专利技术公开的耐磨陶瓷相碳化物渗层，包含55-65%的cr3c2相和35-45%的cr2c相，通过对渗层成分的合理设计，有效提高了碳化物渗层的耐磨性和与基体的结合力，其表面可承受划痕载荷为15-50n，可提高金属铬表面的耐磨耐腐蚀性能，经测试，耐磨陶瓷相碳化物渗层在1400℃-1600℃熔融金属铈中腐蚀速率在0.1500-0.7300μm/h。
19、（2）本专利技术所公开的带有耐磨陶瓷渗层的金属铬材料的制备方法，使用的真空设备为真空热处理炉，通过设置碳源气氛配置，热处理的条件为：600℃-1400℃下保温1-10h，气氛压力为100-2000pa，可在金属铬表面形成耐磨陶瓷层，而且制备方法非常便于大批量生产，产品质量容易控制，所需设备简单，投资少。
20、（3）本专利技术利用真空脉冲渗碳方法，获得了具有耐磨耐腐蚀的耐磨陶瓷相碳化物渗层的金属铬材料，其其表面可承受划痕载荷为15-50n，渗层厚度在10-100μm范围内可调。此外，所述金属铬材料还有优越的耐腐蚀性能，在1400℃-1600℃熔融金属铈中腐蚀速率在0.1500-0.7300μm/h范围内，可满足严苛环境下的耐腐蚀需求。
21、
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1.一种耐磨陶瓷渗层，其特征在于，包括Cr3C2相和Cr2C相，其中Cr3C2相的体积占比为55-65%、Cr2C相的体积占比为35-45%；所述耐磨陶瓷渗层的厚度为10μm-100μm；所述耐磨陶瓷渗层承受划痕载荷为15N-50N。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨陶瓷渗层，其特征在于，所述耐磨陶瓷渗层在1400℃-1600℃的熔融金属铈中的腐蚀速率为0.1500μm/h-0.7300μm/h。
3.一种带有权利要求1或2任一项所述的耐磨陶瓷渗层的金属铬材料，其特征在于，包括金属铬基体和所述耐磨陶瓷渗层，所述耐磨陶瓷渗层设置于所述金属铬基体的表面。
4.一种权利要求3所述的带有耐磨陶瓷渗层的金属铬材料的制备方法，其特征在于，使用真空脉冲渗碳法制备耐磨陶瓷渗层，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种带有耐磨陶瓷渗层的金属铬材料的制备方法，其特征在于，所述碳源气氛为乙炔或甲烷；所述保护气氛为氮气或氩气。
6.根据权利要求4或5任一项所述的带有耐磨陶瓷渗层的金属铬材料的制备方法，其特征在于，所述碳源气氛和保护气氛配置用
7.根据权利要求4或5任一项所述的带有耐磨陶瓷渗层的金属铬材料的制备方法，其特征在于，使用200目-2000目砂纸将金属铬基体表面进行打磨或者用抛光材料对金属铬基体表面进行抛光，然后使用丙酮或者酒精对金属铬基体进行超声清洗，再放入真空设备中。
8.根据权利要求4或5任一项所述的带有耐磨陶瓷渗层的金属铬材料的制备方法，其特征在于，取出真空设备中的材料，然后依次放入清水、酒精中超声清洗，最后得到所述带有耐磨陶瓷渗层的金属铬材料。
...【技术特征摘要】
1.一种耐磨陶瓷渗层，其特征在于，包括cr3c2相和cr2c相，其中cr3c2相的体积占比为55-65%、cr2c相的体积占比为35-45%；所述耐磨陶瓷渗层的厚度为10μm-100μm；所述耐磨陶瓷渗层承受划痕载荷为15n-50n。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨陶瓷渗层，其特征在于，所述耐磨陶瓷渗层在1400℃-1600℃的熔融金属铈中的腐蚀速率为0.1500μm/h-0.7300μm/h。
3.一种带有权利要求1或2任一项所述的耐磨陶瓷渗层的金属铬材料，其特征在于，包括金属铬基体和所述耐磨陶瓷渗层，所述耐磨陶瓷渗层设置于所述金属铬基体的表面。
4.一种权利要求3所述的带有耐磨陶瓷渗层的金属铬材料的制备方法，其特征在于，使用真空脉冲渗碳法制备耐磨陶瓷渗层，包括以下步骤：
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【专利技术属性】
技术研发人员：赵满圆，闫晓东，
申请(专利权)人：有研工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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