本發(fā)明屬于金屬表面工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含碳化硼-碳化鎢涂層的鎢材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

高硬度和高耐磨材料在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中發(fā)揮著重要的作用，隨著生產(chǎn)技術(shù)的進步和人們對未知世界更深入地探索，材料的改進和創(chuàng)新也日新月異。鎢金屬作為一種難熔金屬，由于其熔點高，廣泛應(yīng)用于稀土冶煉、石英玻璃、電子噴涂、晶體生長及熔體提純等領(lǐng)域，其中鎢作為熔體提純使用時，盡管具有優(yōu)異的耐高溫性能和耐熱震性能，但是其在目標(biāo)熔體中存在晶界腐蝕問題，而且難以與目標(biāo)金屬分離，易造成污染，因此需要對鎢金屬表面進行改性整理。

碳化鎢是一種由鎢和碳組成的化合物，碳化鎢為黑色六方晶體，有金屬光澤，硬度與金剛石相近，視電、熱的良好導(dǎo)體，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，但是純的譚虎威易碎。傳統(tǒng)的碳化鎢的制備方法為將鎢粉末與碳粉末混合，在高溫下氫氣爐中反應(yīng)生成碳化鎢，但是難以應(yīng)用于鎢零件的表面整理。碳化硼材料具有高硬度、高熔點、低密度、高彈性模量、化學(xué)性能穩(wěn)定、中子吸收截面大、優(yōu)異的電學(xué)性能和良好的力學(xué)穩(wěn)定性等特點。中國專利CN 105481430A公開的一種氮化硅-碳化硼-碳纖維摩擦材料的制備方法，將碳纖維毯先采用真空浸滲方法滲碳和滲硅，然后在氮氣氛圍中氮化處理得到氮化硅-碳化硼-碳纖維，以提高碳纖維的高強度、高韌性和高摩擦性能，以提高碳纖維的摩擦綜合性能。

由上述現(xiàn)有技術(shù)可知，通過真空浸滲方法與其他方法相結(jié)合可以對材料表面進行表面改性，但是目前基于鎢材料表面碳化硼和碳化鎢的表面改性方面研究并不多見，本發(fā)明將真空浸滲方法與涂覆技術(shù)相結(jié)合，對大面積的鎢零件的表面進行碳化硼和碳化鎢涂層處理，提高高純鎢零件的綜合性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種含碳化硼-碳化鎢涂層的鎢材料及其制備方法，在高純鎢零件的表面先覆蓋一層碳化鎢涂層，再覆蓋一層碳化硼涂層，制備得到的鎢材料的力學(xué)性能好、耐高溫和耐腐蝕等性能。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種含碳化硼-碳化鎢涂層的鎢材料，所述含碳化硼-碳化鎢涂層的鎢材料依次包括高純鎢零件、碳化鎢涂層和碳化硼涂層，所述碳化鎢層的厚度為7-15μm，所述碳化硼涂層的厚度為180-220μm。

本發(fā)明還提供一種含碳化硼-碳化鎢涂層的鎢材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將高純鎢零件先用皂液去除零件表面油污，再用酸性試劑進行化學(xué)清洗，最后用丙酮或者酒精去除油脂，待用，得到表面處理的高純鎢零件；

(2)將木炭置于石墨坩堝中，放入1900℃真空爐中保溫1-2h，冷卻到室溫后，按質(zhì)量百分比機，將95％的木炭與5％的碳酸鈀混合制備形成滲碳劑；

(3)將步驟(1)制備的表面處理的高純鎢零件與步驟(2)制備的滲碳劑一起置于石墨坩堝中，其中高純鎢零件置于石墨坩堝的中間，滲碳劑分布于零件四周，蓋上石墨蓋，放置于真空熱處理爐中；

(4)將真空熱處理爐的真空度調(diào)整至小于10^-2Pa，溫度為1600-1800℃，保溫3-4h，再通入約1000Pa高純氬氣，爐冷到室溫取出，得到表面含碳化鎢的鎢零件；

(5)將步驟(4)制備的表面含碳化鎢的鎢零件表面用100目的絲網(wǎng)涂覆含碳化硼的環(huán)氧樹脂漿料，在真空條件下，消除氣泡，然后在常壓下固化成型，得到含碳化硼-碳化鎢涂層的鎢材料。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中，酸性試劑為24-26wt％的硫酸、12-14wt％硝酸和12-14％的氫氟酸的混合溶液，混合溶液中硫酸、硝酸和氫氟酸的體積比為1:1:1。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(2)中，木炭包含100目以上的木炭顆粒和250目以上的木炭顆粒，其中100目以上的木炭顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于60％，250目以上的木炭顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于30％。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(3)中，高純鎢零件與滲碳劑的距離為2-10mm。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(4)中，表面含碳化鎢的鎢零件中碳化鎢層的厚度為7-15μm。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(5)中，含碳化硼的環(huán)氧樹脂漿料的制備方法為：將JY-9715A和JY-9715B按照1:1的質(zhì)量比混合形成環(huán)氧樹脂澆注料，按照質(zhì)量百分比計，將50-70％的200-300目的碳化硼粉末與30-50％的環(huán)氧樹脂澆注料混合均勻，形成含碳化硼的環(huán)氧樹脂漿料。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(5)中，消除氣泡的方法為：在真空條件下，在90-95℃下保溫0.5-1h。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(5)中，固化成型的方法為：在常壓下，在90-95℃下保溫4-5h，105-110℃下保溫2-3h，在130-135℃下保溫7-9h。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(5)中，含碳化硼-碳化鎢涂層的鎢材料中碳化硼涂層的厚度為180-220μm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明制備的含碳化硼-碳化鎢涂層的鎢材料包括碳化硼和碳化鎢涂層，其中碳化鎢涂層是采用高真空滲碳方法處理得到，通過碳原子往鎢基體吸附、擴散、負極、反應(yīng)，最后形成碳化鎢涂層，提高鎢金屬零件表面的耐腐蝕性能和使用壽命，且更容易與其他金屬分離。

(2)本發(fā)明制備的含碳化硼-碳化鎢涂層的鎢材料包括碳化硼和碳化鎢涂層，其中碳化硼涂層是通過將碳化硼粉末與環(huán)氧樹脂形成的，在鎢金屬零件的最外層形成一層力學(xué)性能良好的碳化硼涂層，而且碳化硼涂層與鎢金屬也具有良好的結(jié)合力。

(3)本發(fā)明的制備方法簡單，制備的鎢材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐高溫、耐腐蝕性能，而且與其他材料的浸潤性提高，有利于與其他材料復(fù)合使用，適合于航空航天等特殊領(lǐng)域。

具體實施方式

下面將結(jié)合具體實施例來詳細說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。

實施例1：

(1)將高純鎢零件先用皂液去除零件表面油污，再用體積比為1:1:1的24wt％的硫酸、12wt％硝酸和14％的氫氟酸的混合溶液酸性試劑進行化學(xué)清洗，最后用丙酮或者酒精去除油脂，待用，得到表面處理的高純鎢零件。

(2)將100目以上的木炭顆粒和250目以上的木炭顆?；旌希渲?00目以上的木炭顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于60％，250目以上的木炭顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于30％，將木炭置于石墨坩堝中，放入1900℃真空爐中保溫1h，冷卻到室溫后，按質(zhì)量百分比機，將95％的木炭與5％的碳酸鈀混合制備形成滲碳劑。

(3)將表面處理的高純鎢零件與滲碳劑一起置于石墨坩堝中，其中高純鎢零件置于石墨坩堝的中間，滲碳劑分布于零件四周，高純鎢零件與滲碳劑的距離為4mm，蓋上石墨蓋，放置于真空熱處理爐中。

(4)將真空熱處理爐的真空度調(diào)整至小于10^-2Pa，溫度為1700℃，保溫4h，再通入約1000Pa高純氬氣，爐冷到室溫取出，得到表面含碳化鎢的鎢零件，其中碳化鎢厚度為8-10μm。

(5)將JY-9715A和JY-9715B按照1:1的質(zhì)量比混合形成環(huán)氧樹脂澆注料，按照質(zhì)量百分比計，將70％的200-300目的碳化硼粉末與30％的環(huán)氧樹脂澆注料混合均勻，形成含碳化硼的環(huán)氧樹脂漿料，控制漿料的粘度范圍為4000-8000mPas，然后將表面含碳化鎢的鎢零件表面用100目的絲網(wǎng)涂覆含碳化硼的環(huán)氧樹脂漿料，在真空(＜10^-1Pa)條件下，在90℃下保溫1h消除氣泡，然后在常壓下在90℃下保溫4h，105℃下保溫2h，在135℃下保溫7h固化成型，得到含碳化硼-碳化鎢涂層的鎢材料，其中碳化硼涂層的厚度為200μm。

實施例2：

(1)將高純鎢零件先用皂液去除零件表面油污，再用體積比為1:1:1的24wt％的硫酸、14wt％硝酸和12％的氫氟酸的混合溶液酸性試劑進行化學(xué)清洗，最后用丙酮或者酒精去除油脂，待用，得到表面處理的高純鎢零件。

(2)將100目以上的木炭顆粒和250目以上的木炭顆粒混合，其中100目以上的木炭顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于60％，250目以上的木炭顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于30％，將木炭置于石墨坩堝中，放入1900℃真空爐中保溫2h，冷卻到室溫后，按質(zhì)量百分比機，將95％的木炭與5％的碳酸鈀混合制備形成滲碳劑。

(3)將表面處理的高純鎢零件與滲碳劑一起置于石墨坩堝中，其中高純鎢零件置于石墨坩堝的中間，滲碳劑分布于零件四周，高純鎢零件與滲碳劑的距離為6mm，蓋上石墨蓋，放置于真空熱處理爐中。

(4)將真空熱處理爐的真空度調(diào)整至小于10^-2Pa，溫度為1600℃，保溫3h，再通入約1000Pa高純氬氣，爐冷到室溫取出，得到表面含碳化鎢的鎢零件，其中碳化鎢厚度為7-8μm。

(5)將JY-9715A和JY-9715B按照1:1的質(zhì)量比混合形成環(huán)氧樹脂澆注料，按照質(zhì)量百分比計，將60％的200-300目的碳化硼粉末與40％的環(huán)氧樹脂澆注料混合均勻，形成含碳化硼的環(huán)氧樹脂漿料，控制漿料的粘度范圍為4000-8000mPas，然后將表面含碳化鎢的鎢零件表面用100目的絲網(wǎng)涂覆含碳化硼的環(huán)氧樹脂漿料，在真空條件(＜10^-1Pa)下，在90℃下保溫1h消除氣泡，然后在常壓下在90℃下保溫4h，105℃下保溫2h，在1135℃下保溫7h固化成型，得到含碳化硼-碳化鎢涂層的鎢材料，其中碳化硼涂層的厚度為180μm。

實施例3：

(1)將高純鎢零件先用皂液去除零件表面油污，再用體積比為1:1:1的25wt％的硫酸、13wt％硝酸和14％的氫氟酸的混合溶液酸性試劑進行化學(xué)清洗，最后用丙酮或者酒精去除油脂，待用，得到表面處理的高純鎢零件。

(2)將100目以上的木炭顆粒和250目以上的木炭顆?；旌希渲?00目以上的木炭顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于60％，250目以上的木炭顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于30％，將木炭置于石墨坩堝中，放入1900℃真空爐中保溫1.5h，冷卻到室溫后，按質(zhì)量百分比機，將95％的木炭與5％的碳酸鈀混合制備形成滲碳劑。

(3)將表面處理的高純鎢零件與滲碳劑一起置于石墨坩堝中，其中高純鎢零件置于石墨坩堝的中間，滲碳劑分布于零件四周，高純鎢零件與滲碳劑的距離為2mm，蓋上石墨蓋，放置于真空熱處理爐中。

(4)將真空熱處理爐的真空度調(diào)整至小于10^-2Pa，溫度為1800℃，保溫4h，再通入約1000Pa高純氬氣，爐冷到室溫取出，得到表面含碳化鎢的鎢零件，其中碳化鎢厚度為10-15μm。

(5)將JY-9715A和JY-9715B按照1:1的質(zhì)量比混合形成環(huán)氧樹脂澆注料，按照質(zhì)量百分比計，將50％的200-300目的碳化硼粉末與50％的環(huán)氧樹脂澆注料混合均勻，形成含碳化硼的環(huán)氧樹脂漿料，控制漿料的粘度范圍為4000-8000mPas，然后將表面含碳化鎢的鎢零件表面用100目的絲網(wǎng)涂覆含碳化硼的環(huán)氧樹脂漿料，在真空條件(＜10^-1Pa)下，在90℃下保溫1h消除氣泡，然后在常壓下在90℃下保溫4h，105℃下保溫2h，在135℃下保溫7h固化成型，得到含碳化硼-碳化鎢涂層的鎢材料，其中碳化硼涂層的厚度為220μm。

實施例4：

(1)將高純鎢零件先用皂液去除零件表面油污，再用體積比為1:1:1的24wt％的硫酸、13wt％硝酸和14％的氫氟酸的混合溶液酸性試劑進行化學(xué)清洗，最后用丙酮或者酒精去除油脂，待用，得到表面處理的高純鎢零件。

(2)將100目以上的木炭顆粒和250目以上的木炭顆粒混合，其中100目以上的木炭顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于60％，250目以上的木炭顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于30％，將木炭置于石墨坩堝中，放入1900℃真空爐中保溫1h，冷卻到室溫后，按質(zhì)量百分比機，將95％的木炭與5％的碳酸鈀混合制備形成滲碳劑。

(3)將表面處理的高純鎢零件與滲碳劑一起置于石墨坩堝中，其中高純鎢零件置于石墨坩堝的中間，滲碳劑分布于零件四周，高純鎢零件與滲碳劑的距離為2-10mm，蓋上石墨蓋，放置于真空熱處理爐中。

(4)將真空熱處理爐的真空度調(diào)整至小于10^-2Pa，溫度為1750℃，保溫3.5h，再通入約1000Pa高純氬氣，爐冷到室溫取出，得到表面含碳化鎢的鎢零件，其中碳化鎢厚度為10-12μm。

(5)將JY-9715A和JY-9715B按照1:1的質(zhì)量比混合形成環(huán)氧樹脂澆注料，按照質(zhì)量百分比計，將55％的200-300目的碳化硼粉末與45％的環(huán)氧樹脂澆注料混合均勻，形成含碳化硼的環(huán)氧樹脂漿料，控制漿料的粘度范圍為4000-8000mPas，然后將表面含碳化鎢的鎢零件表面用100目的絲網(wǎng)涂覆含碳化硼的環(huán)氧樹脂漿料，在真空條件(＜10^-1Pa)下，在95℃下保溫0.5h消除氣泡，然后在常壓下在95℃下保溫5h，110℃下保溫3h，在130℃下保溫9h固化成型，得到含碳化硼-碳化鎢涂層的鎢材料，其中碳化硼涂層的厚度為195μm。

實施例5：

(1)將高純鎢零件先用皂液去除零件表面油污，再用體積比為1:1:1的26wt％的硫酸、12wt％硝酸和14％的氫氟酸的混合溶液酸性試劑進行化學(xué)清洗，最后用丙酮去除油脂，待用，得到表面處理的高純鎢零件。

(2)將100目以上的木炭顆粒和250目以上的木炭顆粒混合，其中100目以上的木炭顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于60％，250目以上的木炭顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于30％，將木炭置于石墨坩堝中，放入1900℃真空爐中保溫2h，冷卻到室溫后，按質(zhì)量百分比機，將95％的木炭與5％的碳酸鈀混合制備形成滲碳劑。

(3)將表面處理的高純鎢零件與滲碳劑一起置于石墨坩堝中，其中高純鎢零件置于石墨坩堝的中間，滲碳劑分布于零件四周，高純鎢零件與滲碳劑的距離為7mm，蓋上石墨蓋，放置于真空熱處理爐中。

(4)將真空熱處理爐的真空度調(diào)整至小于10^-2Pa，溫度為1800℃，保溫4h，再通入約1000Pa高純氬氣，爐冷到室溫取出，得到表面含碳化鎢的鎢零件，其中碳化鎢厚度為13-15μm。

(5)將JY-9715A和JY-9715B按照1:1的質(zhì)量比混合形成環(huán)氧樹脂澆注料，按照質(zhì)量百分比計，將65％的200-300目的碳化硼粉末與35％的環(huán)氧樹脂澆注料混合均勻，形成含碳化硼的環(huán)氧樹脂漿料，控制漿料的粘度范圍為4000-8000mPas，然后將表面含碳化鎢的鎢零件表面用100目的絲網(wǎng)涂覆含碳化硼的環(huán)氧樹脂漿料，在真空條件下，在95℃下保溫0.5h消除氣泡，然后在常壓下在95℃下保溫4h，110℃下保溫2h，在130℃下保溫8h固化成型，得到含碳化硼-碳化鎢涂層的鎢材料，其中碳化硼涂層的厚度為210μm。

實施例6：

(1)將高純鎢零件先用皂液去除零件表面油污，再用體積比為1:1:1的26wt％的硫酸、12wt％硝酸和14％的氫氟酸的混合溶液酸性試劑進行化學(xué)清洗，最后用丙酮或者酒精去除油脂，待用，得到表面處理的高純鎢零件。

(2)將100目以上的木炭顆粒和250目以上的木炭顆?；旌?，其中100目以上的木炭顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于60％，250目以上的木炭顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于30％，將木炭置于石墨坩堝中，放入1900℃真空爐中保溫2h，冷卻到室溫后，按質(zhì)量百分比機，將95％的木炭與5％的碳酸鈀混合制備形成滲碳劑。

(3)將表面處理的高純鎢零件與滲碳劑一起置于石墨坩堝中，其中高純鎢零件置于石墨坩堝的中間，滲碳劑分布于零件四周，高純鎢零件與滲碳劑的距離為8mm，蓋上石墨蓋，放置于真空熱處理爐中。

(4)將真空熱處理爐的真空度調(diào)整至小于10^-2Pa，溫度為1800℃，保溫3.5h，再通入約1000Pa高純氬氣，爐冷到室溫取出，得到表面含碳化鎢的鎢零件，其中碳化鎢厚度為8-10μm。

(5)將JY-9715A和JY-9715B按照1:1的質(zhì)量比混合形成環(huán)氧樹脂澆注料，按照質(zhì)量百分比計，將50％的200-300目的碳化硼粉末與50％的環(huán)氧樹脂澆注料混合均勻，形成含碳化硼的環(huán)氧樹脂漿料，控制漿料的粘度范圍為4000-8000mPas，然后將表面含碳化鎢的鎢零件表面用100目的絲網(wǎng)涂覆含碳化硼的環(huán)氧樹脂漿料，在真空條件下，在95℃下保溫1h消除氣泡，然后在常壓下在95℃下保溫5h，110℃下保溫2-3h，在135℃下保溫9h固化成型，得到含碳化硼-碳化鎢涂層的鎢材料，其中碳化硼涂層的厚度為180μm。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。