CN117684118A - 一种涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种涂层的制备方法，涉及涂层制备技术领域。该方法包括如下步骤，S1：在基材表面喷涂导电涂层；S2：研磨涂层表面至所需的涂层厚度和粗糙度；S3：利用脉冲等离子体技术处理涂层表面，使涂层表面形成包含金属、氮和碳元素的冲击压缩等离子体层，对涂层进行放电加热，使涂层以及涂层与基材边界处的缺陷均匀地熔化，并将金属、氮和碳元素引入至涂层完成合金化；S4：重复步骤S3，使得涂层的受热面局部区域多次放电重叠加热，最终得到所述涂层。本发明以多次放电的形式使电流能量均匀地分布在涂层上，将涂层及其与基材边界处的缺陷熔化，并使用构成等离子体的元素对涂层进行合金化，从而得到高质量的涂层。
Description
技术领域
本发明涉及涂层制备技术领域，具体来说，涉及一种涂层的制备方法，通过连续实施热喷涂、研磨、脉冲等离子体处理和放电加热等工艺来实现。
背景技术
已知一种金属间化合物结构涂层的制备方法(一种金属间化合物结构涂层的制备方法。俄罗斯专利NO.2701612，发明人：Gerashchenkov Dmitry Anatolyevich,Gerashchenkova Elena Yurievna,Makarov Alexander Mikhailovich等。国家研究中心“库尔恰托夫研究所”-中央“普罗米修斯”结构材料科学研究所，国际专利分类C23C4/067，发布日期：2019年9月30日)。根据该发明，可由粉末材料制备具有金属间化合物结构的涂层，获得结合强度高、结构可调的金属间化合物涂层。通过冷喷涂进行逐层沉积至少两层，其中第一层由一种金属组成，第二层由选定金属间化合物的另一种金属组成。由于沉积过程中扫描速度和步长的变化，每种涂层的厚度控制要使得涂层截面中的化学成分对应于形成金属间化合物的理想配比。涂层在激光扫描光束下局部熔化，凝固后形成具有给定化学成分的金属间化合物涂层。
该方法的缺点是涂层和基材的显著熔化、稀释率高、温度梯度低，且形成了熔化区与未熔化区间的明显边界。
为了消除上述缺点，可以使用一种金属基高强度涂层的制备方法(一种金属基高强度涂层的制备方法，俄罗斯联邦专利NO.2716921，发明人：Kolesnikov VladimirIvanovich、Lapitsky ValentinAleksandrovich等，国际专利分类C23C4/134，发布日期：2020年3月17日)。该方法可在承受高压和剪切载荷的轴承、模具、压模及其他产品的表面制备具有减摩性能的高强度耐热涂层，制备高强度耐热涂层的方法包括表面抛丸预处理、喷涂涂层并使用等离子体射流对其处理，涂层的含硼和含氮化合物以液体的形式供应到表面，涂层干燥后使用天然气和空气混合等离子体射流将其加热到800～1000℃，随后对基体和涂层进行冷却。本发明的技术成果是获得具有抗摩擦性能的高强度耐热涂层。
通过这种方法可使用不同成分的涂层材料，从而获得不同的性能，也可以精确控制涂层的化学成分和厚度。由于涂层材料是通过标准的设备和技术制备的，因此无需使用额外的复杂装备。
该方法的缺点的是用于熔化涂层和基材的能耗高，同时无法控制涂层温度和由此产生的应力。
为了消除这些缺点，可使用一种钢基涂层的制备方法(一种钢基涂层的制备方法，俄罗斯联邦专利NO.2705488，发明人：SakhvadzeGerontiy Zhorovich、Pugachev MaximSergeevich、Melshanov AskoldFilippovich等，联邦国立科学机构，发布日期：2019年11月7日，C23C24/04,C23C4/04)。该技术包括以下步骤：1.将压缩空气加热至430～470℃，然后将其通入超音速喷嘴中形成高速气流；2.将铜、锌和铝的氧化物粉末混合后送入喷嘴中；3.将粉末混合物沉积到钢基体表面，涂层的下一层相对于上一层偏移2.5～3.5mm，相邻两层的重叠率为50～55％；4.在405～415℃的温度下将涂层整体保温60～180min，以提高涂层的结合强度。该发明可用于机械领域中的制造、修复、表面改性等。该方法可以显著提高产品的耐磨性，并大大降低材料成本。
该方法的缺点是所用材料受限且需要对整个产品加热至相变温度以上，这使得已经硬化的工件再次得到强化。
与本发明最接近的发明是一种工具的硬化方法(一种工具的硬化方法，俄罗斯联邦专利NO.2239001，发明人：Makarov ViktorIvanovich、Tyurin Yuri Nikolaevich、Tsygankov Nikolay Grigoryevich(俄罗斯)，C23C28/02，发布日期：2004年10月27日)。依据该方法，硬化是通过在工件表面喷涂耐磨涂层，并在喷涂前后使用脉冲高能电流对磨损表面进行冲击。高能效应结合了含有合金元素的等离子体射流对工件表面的作用，使电流通过工件表面与涂层，并从工件表面将热量带走，这可以显著提高工件表面涂层的性能。该方法可用于重载工件表面制备耐磨涂层，例如滚花辊轮廓；该方法增加了涂层的致密度和结合力，可用于硬化重载机械部件。这种硬化产品表面的方法是基于脉冲加热涂层材料中的缺陷及其与基材的结合界面，通过电流脉冲加热至熔化。
该方法的缺点是需要较低的表面粗糙度和小的涂层厚度，缺点还包括涂层的表面处理是通过电流脉冲进行的，这会导致涂层加热不均匀以及产生微变形。只有在处理结构和密度均匀的涂层材料时，才能实现高质量的电流加热，而在处理火焰喷涂制备的涂层时，想要获得高质量的加热几乎是不可能的。
发明内容
本发明针对背景技术中的不足，提供了一种涂层的制备方法，通过本发明以多次放电的形式使电流能量均匀地分布在涂层表面上，从而将涂层以及其与基材边界处的缺陷均匀地熔化，同时使用构成等离子体的元素对涂层进行均匀快速的合金化，从而得到高质量的涂层。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种涂层的制备方法，包括如下步骤：
S1：在基材表面喷涂具有导电性能的涂层；
S2：研磨涂层表面获得所需的涂层厚度和粗糙度；
S3：利用脉冲等离子体技术对涂层表面进行处理，使得涂层表面形成包含金属、氮和碳元素的冲击压缩等离子体层，从而对涂层进行放电加热，使得涂层以及涂层与基材边界处的缺陷均匀地熔化，并将金属、氮和碳元素引入至涂层完成合金化；
S4：重复步骤S3，使得在涂层的受热面局部区域多次放电重叠加热，最终得到所述涂层。
采用上述技术方案，首先在基材表面采用如火焰喷涂的方式喷涂一层具有导电性能的涂层；通过研磨对涂层进行预处理，并获得较低的粗糙度，这有助于整个涂层的均匀加热，不会由于过热而破坏表面的局部区域；通过脉冲等离子体加热放电对表面局部区域进行重复加热，较小的脉冲能量输入保证了加热的均匀性。在涂层表面反射的等离子体射流的气体压缩形成冲击压缩等离子体层中心，由于脉冲等离子枪中消耗电极的末端和冲击压缩等离子体层中心之间的电流切换，形成了具有高电流强度的区域，该区域位于基材(阴极)表面的涂层和冲击压缩等离子体层的中心(阳极)之间，这为产生大量与涂层的表面点连接、与冲击压缩等离子体层中心扩散连接的放电创造了条件。
此外，涂层表面上的冲击压缩等离子体层包含金属和碳的蒸气和离子，这些元素通过消耗电极的蒸发和等离子体富集(等离子体富集通过将足量的可燃气体和氮引入到气体的等离子混合物中实现)被引入到等离子体中。放电使涂层的受热层产生弹性变形振荡，这提高了传热和传质效率，保证了涂层可均匀加热至熔化温度，并用构成等离子体的元素对涂层进行合金化。
对涂层的受热面局部区域进行多次放电重叠，保证了整个表面加热和合金化的均匀性。
本发明进一步设置为：步骤S2的粗糙度不高于1.6μm。未经研磨的涂层表面具有突出的碎片，尽管脉冲等离子体射流轰击处理后可以起到降低涂层表面粗糙度的效果，然而不进行初步研磨的涂层最终无法在脉冲等离子体射流轰击处理后获得均匀一致的改性层相组成；对涂层进行研磨预处理，并获得与特定涂层相匹配的不高于1.6μm的粗糙度，有助于整个涂层的均匀加热，不会由于过热而破坏表面的局部区域。
本发明进一步设置为：步骤S3中脉冲等离子体处理的脉冲频率为1～5Hz。1～5Hz的等离子体脉冲频率不会使涂层表面过热，并能为涂层的改性提供足够的效率。
本发明进一步设置为：步骤S3中的金属元素包括钼或钨。
优选的，所述金属元素通过粉末或消耗电极的蒸发引入脉冲等离子体。
本发明进一步设置为：步骤S3中脉冲等离子体处理的等离子体形成气体和保护气体为丙烷、丁烷、氧气和氮气的混合气体。
本发明进一步设置为：步骤S3中脉冲等离子体装置包括脉冲等离子枪、控制脉冲等离子枪运动的机械手、固定基材的固定装置和配有脉冲电容器的电源。
优选的，所述脉冲电容器的电容为800～1000mF。
优选的，消耗电极末端到脉冲等离子枪喷嘴出口的距离为15～30mm。
优选的，脉冲等离子枪喷嘴出口到涂层表面的距离为30～60mm。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1.本发明通过脉冲等离子体对涂层单个区域重复多次进行处理，多次放电的形式使电流能量均匀地分布在涂层表面上，从而将涂层以及其与基材边界处的缺陷均匀地熔化。
2.使用脉冲等离子体处理涂层过程中，阳极材料中的金属元素引入等离子体对涂层进行均匀快速的合金化，在不改变表面粗糙度的情况下处理任意厚度的涂层材料，且可处理通过火焰喷涂制备的具有其典型缺陷的涂层。
附图说明
附图1是等离子枪的消耗电极(阳极)和金属基材(阴极)表面之间的脉冲等离子体射流的外观和结构：
a)等离子枪喷嘴与基材表面距离50mm时的脉冲等离子体射流照片：1-等离子体射流；2-冲击压缩等离子体层
b)冲击压缩层图片(x5)：3-冲击压缩等离子体层中心；4-冲击压缩等离子体层中心(阳极)和基材(阴极)表面涂层之间产生放电；
附图2是C＝800μF时电流脉冲的变化：
1–h＝20mm，H＝40mm；
2–h＝0mm，H＝70mm；
3–h＝20mm，H＝70mm；
4–h＝40mm，H＝70mm；
5–h＝20mm，H＝100mm；
附图3是脉冲等离子体放电处理后的涂层表面：1、2、3-球状凹槽式的放电点；
附图4是研磨和脉冲等离子体处理后涂层的截面：1-涂层厚度，2-改性层厚度；
附图5是Cr3C2-NiCr粉末涂层的显微硬度分布：a)未使用等离子脉冲表面改性，b)使用等离子脉冲表面改性后；
附图6是等离子脉冲表面改性处理前后的Cr3C2-NiCr涂层摩擦学试验结果：左侧)摩擦系数，右侧)磨损量。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本发明的具体实施方式，使本领域的技术人员更清楚地理解如何实践本发明。尽管结合其优选的具体实施方案描述了本发明，但这些实施方案只是阐述，而不是限制本发明的范围。
本发明的一种涂层的制备方法是通过放电对涂层表面进行脉冲加热来实现的，其本质如图1所示，图1上是等离子枪的消耗电极(阳极)和金属基材(阴极)表面之间的脉冲等离子射流的外观和结构。在涂层表面反射的等离子体射流的气体压缩形成冲击压缩等离子体层，该冲击压缩等离子体层具有冲击压缩等离子体层中心，来自电源的电能由消耗电极和冲击压缩等离子体层中心之间的等离子射流转换，冲击压缩等离子体层中心和涂层表面之间的能量转换是通过放电来实现的，这些放电在它们之间的区域产生，并且放电与涂层的表面点连接、与冲击压缩等离子体层中心扩散连接。
等离子枪的电力由专门的电容电源提供，它具有可更换的电容组，转换电流的大小取决于电容器的电容。如图2所示，等离子枪消耗电极和基材表面之间电流值大小取决于电极凹槽h(消耗电极末端到等离子枪喷嘴出口的距离)和等离子枪喷嘴出口到被加工表面的距离H。涂层表面大量的微放电实现了对整个涂层表层的均匀加热，脉冲电能穿过涂层消除了涂层的缺陷和不均匀性。
在表面微弧放电连接的点状位置形成了典型的熔融凹坑，图3是脉冲等离子体放电处理后的涂层表面，1、2、3是球状凹槽式的放电点。
实施例1
使用分散度为10～45微米的Cr3C2-NiCr(75/25)粉末(H.C.Starck：584.054)作为喷涂材料。在喷涂之前，使用标准喷射磨料方法对样品表面进行处理。在该方法的第一阶段，使用爆炸喷涂方法将200微米厚的保护涂层涂覆到样品上。粉末消耗量22.5克/分钟。涂层应用于12X1ΜФ钢制成的样品。此时的表面粗糙度Rz为11.2μm，对部分涂层样品进行研磨以确保粗糙度Rz为1.6μm。最后使用脉冲等离子处理技术处理涂层，实现涂层表面均匀熔化而不会改变粗糙度。脉冲等离子体处理的参数在表1中给出。
表1脉冲等离子体处理参数
| 参数 | 数值 |
| 电容器组极板上的电压(V) | 3200 |
| 放电电路电容器组容量(μF) | 960 |
| 放电电路电感(μH) | 30 |
| 等离子体脉冲频率(Hz) | 1.2 |
| 等离子体相对于产品的移动速度(mm/s) | 5 |
| 电极凹槽(mm) | 18 |
| 与表面保持的距离(mm) | 50 |
脉冲等离子体处理是在等离子体作用重叠区域至少5次的情况下进行的，钼棒用作消耗电极。用于涂层熔化的脉冲等离子体装置包括脉冲等离子枪、控制脉冲等离子枪移动的机械手、固定样品的焊接夹具和配有脉冲电容器的专用电源。同时，等离子枪的电源确保了电容器在不同电容和1-5Hz的频率下工作的能力。使用含有丙烷、丁烷、氧气和氮气的化学计量气体混合物作为等离子体形成气体和保护气体。
脉冲同轴等离子体发生器可以通过等离子体枪中的电离气体区域的电流切换来产生频率为1～5Hz、能量高达7kJ的脉冲等离子体。因此，涂层表面会经历多次脉冲热效应，热流密度为104～106W/CM2。还可以将各种掺杂元素引入等离子体射流中。脉冲等离子体处理对表面层进行快速加热(加热时间为10-3～10-4s)，然后通过将热量转移到产品体积中来进行强化冷却。表层熔化和结晶的高速率(高达107K/s)有助于形成均匀分散的晶体结构和高位错密度。脉冲热效应、加工材料结构的弹塑性变形，再加上脉冲电流(高达10KA/CM2)流过加工表面层而产生的电磁效应，加剧了各种物理和化学过程。
使用X'PertPRO X射线衍射仪(荷兰飞利浦公司)和Cu-Kα辐射()上的X射线衍射方法研究了涂层的相组成。样品横截面的显微硬度按照GOST 9450–76在Metolab502显微硬度测试仪上进行测量。摩擦学滑动摩擦测试在TRB3摩擦试验机(Anton PaarSrl，Peseux，瑞士)上进行，使用标准“球盘”技术(国际标准ASTMG133-95和ASTM G99)，其中直径为6.0mm、由涂有SiC的钢制成的球用作反作用体，负载为6N，线性速度为15cm/秒，磨损曲率半径为5mm，摩擦路径为1200m。磨粒磨损试验是在具有松散固定磨粒的实验台上根据GOST23.208-79的“旋转滚筒-平面”方案进行的。室温下的耐侵蚀性测试是根据ASTM G76-04在专用台上进行的。测试使用直径为3mm的喷嘴，距离样品10mm。喷嘴相对于样品的倾斜角度为90°。使用粒径为50微米的石英磨料进行测试。测试持续时间为5分钟。
在图4中显示了研磨和脉冲等离子体处理后涂层的截面。通过X射线衍射发现，等离子射流处理前的涂层含有以下物相成分：Ni-Cr-Fe、Cr3C2、Ni-Cr-Fe/Cr7C3和Cr7C3。脉冲等离子体处理后，表面形成了氧化铬Cr2O3和Mo。同时在脉冲等离子体处理后，衍射图上观察到碳化铬Cr3C2的峰值强度增加，这表明Cr3C2碳化物的含量增加。其原因是含有碳、钼和氧的脉冲等离子体对涂层表面的短期活化。改性金属基体中氧化铬和碳化铬硬质相的组合提高了表面层的硬度(如图5所示)。如果没有脉冲等离子体处理，涂层的显微硬度约为12GPa。表层脉冲等离子体处理达到30μm后，显微硬度升至约15GPa。
如图6所示，通过对涂层表面摩擦学特性的研究发现，脉冲等离子体处理对涂层表面摩擦系数值及耐磨性有显著影响。
磨粒磨损试验结果表明，脉冲等离子体处理后涂层材料的重量损失(0.0056g)比脉冲等离子体处理前(0.016g)减少了2～3倍，这表明材料的耐磨粒磨损能力有所提高。这可能与脉冲等离子体处理后涂层材料中存在较大比例的强化碳化物相和固体铬氧化物有关。
耐侵蚀性测试结果证实，具有脉冲等离子体处理的Cr3C2-NiCr涂层显著提高了耐磨性。没有脉冲等离子体处理的样品和有脉冲等离子体处理的样品的重量损失分别为0.1124g和0.0616g。这也可能与脉冲等离子体处理后涂层材料中存在较大比例的强化碳化物相和固体铬氧化物有关。
实施例2
对含有MAX相的涂层进行了本发明的涂层制备方法的有效性分析。MAX相是三元层状碳化物或氮化物组，具有金属和陶瓷特性的独特组合。此类材料具有低密度、高导热性、导电性、强度、在腐蚀性液体环境中优异的耐腐蚀性、抗高温氧化和热冲击性，并且还易于加工。
对涂层表面进行脉冲等离子体处理，研究了对Ti-Si-C爆炸涂层结构相组成和摩擦学性能的影响。研究方法、工艺设备及加工方式与实施例1相似。采用钨作为消耗电极。脉冲等离子体处理前涂层的粗糙度为1.6。
强化层厚度(脉冲等离子体表面改性厚度)为20-30微米。已经确定涂层的微观结构是基于Ti3SiC2相的熔融金属陶瓷材料。X射线衍射分析表明，脉冲等离子体处理后，Ti3SiC2峰值的强度与未处理的涂层相比有所增加，并且出现了新的反射。处理后Ti3SiC2相的含量增加至60％，而原始涂层中Ti3SiC2相的含量为40％。少量碳化物和氧化物相(WC和TiO2)的形成与空气中脉冲等离子体处理过程中易蚀钨电极的蒸发有关。由于Ti3SiC2相含量较高，处理后涂层的最大显微硬度增加至1485HV(脉冲等离子体处理高达1000HV)。未脉冲等离子体处理的涂层平均摩擦系数0.60；处理后，摩擦系数降低至0.45。摩擦系数降低的原因可能是显微硬度的增加和涂层组合物中Ti3SiC2相含量的增加。经过脉冲等离子体处理后，涂层的耐磨性提高1.5～2倍。
根据本发明的涂层制备方法，使用放电对涂层表面进行高能冲击的过程中，涂层被快速加热(时间为10-3～10-6s)，然后通过将热量释放到金属及周围环境中进行快速冷却，金属表层的高加热和高冷却速率(104-108K/s)有助于表面形成高位错密度和高合金元素浓度的结构。
放电产生的热冲击与涂层材料的合金化相结合，并伴随预制涂层中缺陷的熔化。涂层表面和冲击压缩等离子体中心的高温区域之间产生放电，等离子体中包含合金化元素：氮、碳和金属。脉冲的效率取决于高的加热和冷却速率、涂层材料和基材的弹塑性变形，以及所有已知扩散机制的强化。
涂层制备过程中影响涂层材料的因素包含：弹塑性变形、声场和脉冲磁场作用、热循环和电脉冲作用、金属和合金在可逆转变过程中的变形。
涂层制备按照以下顺序进行，根据工艺标准在产品表面喷涂一层材料；对涂层进行研磨以达到所需尺寸和粗糙度；使用含有合金元素的脉冲等离子体对涂层进行处理，单个区域重复5次以上。并接通电流，由于涂层中形成高温梯度并与冲击波相互作用，涂层表面会受到多次放电和弹塑性变形的影响，这些作用加快了元素扩散过程，促进了表面的合金化。喷涂层材料被改性为微晶合金层，该层的成分取决于等离子体中合金元素的含量和脉冲处理次数。
等离子体射流功率为106W/cm2，X射线光谱分析表明，熔化电极的材料渗透到涂层中。
选择足以均匀加热涂层表面至熔化的最小功率，保证了离子射流的元素在产品表面的合金化过程，通过粉末或者消耗电极将合金元素引入，该电极接通到电容能量的电路中。当电路接通时，电流以多次放电的形式经等离子体射流到达试样表面。合金元素扩散到涂层中并与涂层中的活性成分相互作用，等离子体化学合成的产物在涂层中凝结。电流沿着等离子体射流将冲击压缩等离子体中心与阳极连接到电容器中，导致在冲击压缩等离子体中心与涂层表面之间形成了高的电场强度，大量放电有助于电流进入涂层，促进合金化过程。
来自等离子体中心的电流以放电的形式到达涂层表面，电流激活了固体化合物的合成，通过脉冲加热直到涂层和边界处的缺陷熔化。
对比例1
实施例1中爆炸喷涂后的涂层的表面粗糙度Rz为11.2μm，对部分涂层样品进行研磨以确保粗糙度Rz为1.6μm，最后使用脉冲等离子处理技术处理涂层。
结果表明，无需预先研磨的涂层样品的脉冲等离子体处理可以在1遍中将表面粗糙度降低至5.73，并在2遍后将表面粗糙度降低至5.31，几乎比处理前的粗糙度指数低2倍。这是由于等离子射流熔化了涂层的突出碎片。结果表明，表面粗糙度降低了约48％。经过脉冲等离子体处理后，表层的显微硬度也随之增加。然而与进行研磨再脉冲等离子体处理的涂层相比，不进行初步研磨的涂层最终无法在脉冲等离子体处理后获得均匀一致的改性层相组成。
对比例2
实施例1中的脉冲等离子处理过程中的等离子脉冲的频率为1.2Hz，采用与实施例1中相同的喷涂材料及方法，研磨涂层表面至粗糙度Rz为1.6μm，最后使用脉冲等离子处理技术处理涂层，处理参数除等离子脉冲的频率外与表1相同，选择等离子脉冲的频率0.5Hz和8Hz作为对比例。
当等离子脉冲的频率为0.5Hz时，对涂层进行多次放电加热后能够使涂层均匀熔化，但涂层处理深度为20μm，显微硬度约14GPa(实施例1表层脉冲等离子体处理达到30μm，显微硬度升至约15GPa)，说明低于1Hz的等离子脉冲的频率降低了涂层改性的效果和效率；当等离子脉冲的频率为8Hz时，涂层表面过热导致部分熔化，并在冷却时形成熔凝结构，同时涂层表面与周围环境发生部分氧化反应，最终导致涂层性能降低。
对比例3
根据本方法对基于CrNi的复合涂层进行处理，对金属制品热压模具进行了对比试验。
工业试验表明，根据标准制造的模具其性能为200吨，使用本方法处理的模具型材，其性能提高到了380吨，模具寿命增加是由于涂层的高耐磨性以及与基体的高结合力，这是涂层在电流脉冲下被加热导致的。具有类似涂层但未按照本方法处理的模具，其涂层会从基材上脱落。
在最优硬化条件下，经冲压360吨产品后复合涂层表面发生了磨损，试验结果表明使用本方法处理的模具未出现锐边脆断或涂层脆断，其失效方式为磨损。而按照原型方法处理的辊子表面的涂层易发生脆断。
模具性能的提高是由于涂层被加热并与基材结合，这是由于脉冲电流的能量以及钼元素的引入使脉冲能量增加。
本方法既可保证工作表面能在高接触载荷下运行，又使工作表面具备高的耐磨性，不仅生产效率高，还能实现自动化。电能转换以放电形式实现，这些放电可清洁、加热表面，也可修复涂层和边界处的缺陷，可使涂层材料致密并确保其与基材可靠结合。
本方法合金元素和电能消耗低，生产率高(0.5m2/h)，只处理产品的工作表面，可在不改变整体结构下提高耐磨性。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：在基材表面喷涂具有导电性能的涂层；
S2：研磨涂层表面获得所需的涂层厚度和粗糙度；
S3：利用脉冲等离子体技术对涂层表面进行处理，使得涂层表面形成包含金属、氮和碳元素的冲击压缩等离子体层，从而对涂层进行放电加热，使得涂层以及涂层与基材边界处的缺陷均匀地熔化，并将金属、氮和碳元素引入至涂层完成合金化；
S4：重复步骤S3，使得在涂层的受热面局部区域多次放电重叠加热，最终得到所述涂层。
2.根据权利要求1所述的涂层的制备方法，其特征在于：步骤S2的粗糙度不高于1.6μm。
3.根据权利要求1所述的涂层的制备方法，其特征在于：步骤S3中脉冲等离子体处理的脉冲频率为1～5Hz。
4.根据权利要求1所述的涂层的制备方法，其特征在于：步骤S3中的金属元素包括钼或钨。
5.根据权利要求4所述的涂层的制备方法，其特征在于：所述金属元素通过粉末或消耗电极的蒸发引入脉冲等离子体。
6.根据权利要求1所述的涂层的制备方法，其特征在于：步骤S3中脉冲等离子体处理的等离子体形成气体和保护气体为丙烷、丁烷、氧气和氮气的混合气体。
7.根据权利要求1所述的涂层的制备方法，其特征在于：步骤S3中脉冲等离子体装置包括脉冲等离子枪、控制脉冲等离子枪运动的机械手、固定基材的固定装置和配有脉冲电容器的电源。
8.根据权利要求7所述的涂层的制备方法，其特征在于：所述脉冲电容器的电容为800～1000mF。
9.根据权利要求7所述的涂层的制备方法，其特征在于：消耗电极末端到脉冲等离子枪喷嘴出口的距离为15～30mm。
10.根据权利要求7所述的涂层的制备方法，其特征在于：脉冲等离子枪喷嘴出口到涂层表面的距离为30～60mm。
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