化学气相沉积法喷涂碳化钨涂层

碳化钨具有硬度高、耐腐蚀、耐磨损等性能，是再好不过的涂层材料，对于金属陶瓷、阀件、轴承，刀具等长期在磨损、腐蚀的条件下工作的工业部件，喷涂碳化钨保护涂层，可有效缓解基体失效，延长使用寿命。

随着纳米技术的发展,纳米碳化钨粉末的制备方法和工艺日趋成熟。当粒度降低到纳米级范围时,材料的机械性能开始发生剧烈的变化，其硬度和耐磨度将大幅提升。

碳化钨的涂层工艺包括热喷涂、超音速火焰喷涂、物理气相沉积等，其中的化学气相沉积技术可用于复杂形状基体上制备结合力强、摩擦系数低、均匀的纳米碳化钨涂层。

化学气相沉积碳化钨涂层大多在低压环境下进行，因为低压时分子平均自由程大，所得涂层较为均匀。但是低压化学气相沉积工艺复杂，设备性能要求很高，且沉积速率较慢，给工业应用带来了困难。相对来说，纳米碳化钨涂层的化学沉积法操作较为复杂。

超细纳米晶碳化钨涂层，该涂层包括层状细晶结构和贯穿多层的纤维状组织，层状细晶结构中同时存在W和W₂C晶粒，贯穿多层的纤维状组织中仅存在W₂C晶粒，其粒径为3～5nm，同时存在非晶。贯穿多层的纤维状组织的存在提高了层状细晶结构的层间结合力和硬度，该涂层的显微硬度可以达到28.8GPa。以铜阀门为基体，纳米碳化钨涂层喷涂步骤大致操作如下：

 (1)将基体放置在化学气相沉积反应室内，通入惰性气体（氩气或氮气）以排空空气，然后通入氢气并关闭惰性气体。

(2)打开加热装置将基体加热至550-600℃，通入六氟化钨气体并使其预先与氢气混合，六氟化钨与氢气的摩尔比为1:2，优选1:3；六氟化钨和氢气发生还原反应在基体上形成内层钨涂层。

(3)随后通入含碳气体，含碳气体、氢气和六氟化钨三者之间发生化学反应，含碳气体为二甲醚，六氟化钨与二甲醚摩尔比为1.6～2.9:1，设定时间与沉积超细纳米晶碳化钨涂层的厚度有关，即设定时间越长得到的涂层厚度越厚，保持设定时间后关闭含碳气体和六氟化钨。

(4)保持氢气的供给至基体冷却至50℃以下，打开惰性气体关闭氢气，排空氢气后取出样品，得到基体上预先沉积钨涂层的超细纳米晶碳化钨涂层。

对热喷涂后的碳化钨铜基阀门进行观察，可发现在钨层上沉积的涂层具有层状结构和纤维状组织，且纤维状组织贯穿多层层状细晶结构；也就是说，相对于普通碳化钨喷涂，纳米碳化钨的结构更为紧密，耐磨度和抗腐蚀性能越强。

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