渗透反应法制备钨涂层

碳化钨硬质合金具有特殊的耐腐蚀性、高硬度和抗压强度，有现代工业牙齿之称，在机械、冶金、精密仪器、军事等工业中占有极其重要的地位。

碳化钨硬质合金直接加工成零件成本很高，而且在某些时候，人们仅仅要求零件的表面具有高硬度、耐磨和耐蚀性能，零件的基体仍然需要韧性材料，因此，人们选择了一种表面强化工艺，即在基础材料表面喷涂一层碳化钨涂层，就能满足零件的特殊使用要求。

目前，碳化钨涂层的制备方法主要是热喷涂方法，其中包括常规火焰喷涂、爆炸喷涂和超音速火焰喷涂等。采用常规火焰喷涂时，粉粒被均匀加热的程度差，飞行速度小，粉粒变形不充分，因此所得的碳化钨涂层组织疏松，气孔率很高、硬度低而且离散。爆炸喷涂法具有工作温度低、粉末粒子飞行快的特点，因此爆炸喷涂法可以获得性能优良的碳化钨涂层，但是爆炸喷涂设备价格高、噪音大、设备笨重、占用空间大，只适合喷涂航天发动机等这样的大件，不适合喷涂小零件。采用超音速火焰喷涂时，得到的碳化钨涂层致密性高，气孔率小，硬度高且离散性小，但是超音速火焰喷涂气体消耗量大、喷涂价格昂贵、污染严重。

那么除了喷涂，还有没有一种方法能在材料表面施加钨涂层呢，答案是肯定的，那就是渗透反应法。即先在碳材料表面制备一层较厚的钨涂层，然后通过高温扩散反应生成碳化钨涂层。表面钨涂层的制备可优先选用物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、双辉等离子(DGP)等方法。采用这种高温热处理的方法在碳材料表面渗碳化钨，钨元素从碳材料表层由内向外梯度过渡，有效缓解了碳化钨与碳材料的热失配，涂层与基体的结合非常牢固。

在碳材料表面渗碳化钨的方法，包括下述顺序的步骤：

(1)采用PVD、CVD、DGP等方法在C/C复合材料表面沉积5～10um的钨涂层。

(2)将制得的碳基钨涂层放入热处理炉进行高温热处理。热处理工艺为：先升温至1050～1150℃，保温1.5～2.5小时，再继续升温至1300～1400℃，保温0.5～1.5小时后随炉冷却，在上述升温过程中升温速率约为每分钟10℃以下。

(3)将热处理过的材料作为基体，重复以上过程，继续在其表面沉积钨涂层并进行高温热处理。重复次数3～5次，最后获得碳材料表面渗入碳化钨。

采用热处理方法渗碳化钨，工艺简单，操作方便，钨元素完全渗入到碳材料内部并形成浓度梯度过渡，缓解了涂层与基体的热失配，提高了涂层的附着力，而且渗得的碳化钨显著提高了基体表面的性能，其工艺适合小件产品，成本可控。

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