1.利用化学热处理在金属表面制备陶瓷多层膜的方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
步骤1:将需要表面强化的金属基体表面进行预处理,并利用物理气相沉积方法制备具有碳化物或氮化物形成能力的金属/金属多层膜;
步骤2:将步骤1获得的试样进行高温热处理;
步骤3:将步骤2获得的试样进行化学热处理,使步骤1中沉积的金属层和基体表层转变为碳化物层或氮化物层,从而获得陶瓷/陶瓷多层膜;
所述化学热处理包括渗氮处理和渗碳处理;渗碳过程中,应使渗碳深度超过步骤1中制备的金属/金属多层膜的总厚度,使陶瓷层/金属层界面位于金属基体表层;
渗碳处理或渗氮处理温度需高于900摄氏度且低于金属/金属多层膜和金属基体的熔点;渗碳处理或渗氮处理时间取决于渗碳温度或渗氮温度和多层膜厚度,最终应使陶瓷层厚度大于步骤1中沉积的金属/金属多层膜的厚度;
步骤1中所述的具有碳化物形成能力的金属包括Ti、Zr、V、Nb、Ta、Mo、W、Cr、Hf中的一种元素形成的纯金属或以之为主要化学成分的合金;具有氮化物形成能力的金属为Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W中任意一种元素形成的纯金属或以之为主要化学成分的合金;
步骤1中所述的金属/金属多层膜是两种不同的金属形成的多层膜,金属/金属多层膜层数范围是2‑30层,总厚度范围是5‑30微米;
步骤2中所述热处理的目的是促进金属/金属多层膜层间界面的金属元素互扩散;热处理温度范围为900‑2000摄氏度,热处理时间为0.5‑48 h,热处理后试样随炉冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的利用化学热处理在金属表面制备陶瓷多层膜的方法,其特征在于,步骤1中所述的需要表面强化的金属基体包括Ti、Zr、Nb、Ta、Mo、W、Cr中的一种元素形成的纯金属或以其为主要化学成分的合金。
3.根据权利要求1所述的利用化学热处理在金属表面制备陶瓷多层膜的方法,其特征在于,步骤1中所述的表面预处理是指用砂纸研磨并抛光,再分别用丙酮、酒精和超声波清洗,以去除表面污染物并降低表面粗糙度,保证沉积薄膜的质量。
4.根据权利要求1所述的利用化学热处理在金属表面制备陶瓷多层膜的方法,其特征在于,步骤3中所述渗碳处理包括固体渗碳、气体渗碳、间隙原子渗碳;渗氮处理选择固体渗氮、气体渗氮、离子渗氮;渗碳或渗氮过程中通过抽真空或通入惰性气体防止氧化。
5.根据权利要求1所述的利用化学热处理在金属表面制备陶瓷多层膜的方法,其特征在于,渗碳方法选择间隙原子渗碳,所述间隙原子渗碳方法的具体步骤为:首先,选用含碳量范围为1.0‑4.0wt.%高碳钢或铸铁作为固体碳源;将固体碳源的其中一个表面打磨、抛光;然后,将固体碳源放置于制备了多层膜的金属基体之上,使多层膜表面和固体碳源的抛光表面相接触,将其放置在热压炉中,然后施加垂直于多层膜表面的压力2‑30MPa,在真空或惰性气体环境中加热至900‑1150摄氏度后保温,最后冷却至室温。