一種反應(yīng)等離子熔覆原位合成TiN涂層的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種反應(yīng)等離子熔覆原位合成TiN復(fù)合涂層，該涂層相成分主要包括TiN、α-Fe、Ti相，無氧化物相；涂層較致密，無孔隙，涂層內(nèi)TiN彌散分布，涂層與基體處無裂紋等微觀缺陷，與基體呈冶金結(jié)合。本發(fā)明利用反應(yīng)等離子熔覆技術(shù)原位合成TiN涂層可以在短時(shí)間內(nèi)制備出較厚的涂層，大大提高了粉末的沉積效率，節(jié)約了成本；涂層內(nèi)孔隙率低，涂層質(zhì)量好，涂層與基體可以形成冶金結(jié)合，大大提高了涂層的性能。
【專利說明】一種反應(yīng)等離子溶覆原位合成TiN涂層

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及材料技術(shù)研究領(lǐng)域，具體的涉及一種TiN涂層。

【背景技術(shù)】
[0002] 反應(yīng)熔覆技術(shù)是在等離子或激光等高能量束熔覆過程中通過元素或化合物間的 化學(xué)反應(yīng)"原位合成"金屬陶瓷等涂層的一種新型涂層技術(shù)。原位合成工藝是在一定條件 下，通過元素和元素之間的物理化學(xué)反應(yīng)，在基體內(nèi)部原位形成一種或多種高強(qiáng)度、高硬度 的增強(qiáng)顆粒，從而起到強(qiáng)化基體的作用。等離子熔覆技術(shù)是通過等離子束流熔化涂層材料 及基體表面的薄層，可在普通金屬材料表面獲得與基體呈冶金結(jié)合的表面功能涂層，從而 顯著改善基體材料的耐磨、耐蝕、耐熱性能。由于等離子熔覆技術(shù)得到的涂層相比其它方法 得到的涂層，具有熔覆層厚，與基體形成冶金結(jié)合、基體不需要前處理、效率高、成本低、涂 層質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于電力、煤炭、冶金和機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域。利用反應(yīng)等離子熔覆 技術(shù)原位合成TiN涂層可以在短時(shí)間內(nèi)制備出較厚的涂層，大大提高了粉末的沉積效率， 節(jié)約了成本；涂層內(nèi)孔隙率低，涂層質(zhì)量好，涂層與基體可以形成冶金結(jié)合，大大提高了涂 層的性能。
[0003] TiN涂層具有低的摩擦系數(shù)和高的硬度，以及良好的耐腐蝕性被廣泛應(yīng)用為裝飾 涂層、耐磨涂層、耐腐蝕涂層。目前，許多研究者通過反應(yīng)熱噴涂、化學(xué)氣相沉積（CVD)、物 理氣相沉積（PVD)、電弧鍍、等技術(shù)制備了 TiN涂層，并對(duì)涂層的沉積過程，顯微結(jié)構(gòu)和性能 進(jìn)行了研究。采用CVD、PVD等技術(shù)制備的TiN涂層厚度較薄，降低涂層的機(jī)械性能；而利用 熱噴涂反應(yīng)技術(shù)可以制備較厚的TiN涂層，但涂層內(nèi)含有較多的孔隙，脆性較大，涂層質(zhì)量 不易控制?？梢岳玫入x子熔覆技術(shù)，采用同軸送粉方式，在熔覆過程中，使熔覆粉末與送 粉氣N 2發(fā)生反應(yīng)，原位生成TiN，采用反應(yīng)等離子熔覆技術(shù)原位合成制備的TiN涂層厚度較 厚，與基體結(jié)合良好，可以達(dá)到冶金結(jié)合，同時(shí)熔覆層內(nèi)缺陷較少，涂層性能較好。
[0004] 目前，許多研究者通過反應(yīng)熱噴涂、化學(xué)氣相沉積（CVD)、物理氣相沉積（PVD)、電 弧鍍、等技術(shù)制備了 TiN涂層，并對(duì)涂層的沉積過程，顯微結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了研究。采用 CVD、PVD等技術(shù)制備的TiN涂層厚度較薄，降低涂層的機(jī)械性能；而利用熱噴涂反應(yīng)技術(shù)可 以制備較厚的TiN涂層，但涂層內(nèi)含有較多的孔隙，脆性較大，涂層質(zhì)量不易控制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種反應(yīng)等離子熔覆原位合成TiN涂 層。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了一種反應(yīng)等離子熔覆原位合成TiN復(fù)合涂 層，該涂層相成分主要包括TiN、a -Fe、Ti相，無氧化物相；涂層較致密，無孔隙，涂層內(nèi)TiN 彌散分布，涂層與基體處無裂紋等微觀缺陷，與基體呈冶金結(jié)合。
[0007] 優(yōu)選地，該涂層包括兩個(gè)區(qū)域，區(qū)域1主要元素為Ti-72. 3%、N-27. 7%，區(qū)域2主 要元素為Ti-52. 5%、Fe-47. 5%，可知區(qū)域1黑色相為TiN相，區(qū)域2主要為Ti和a -Fe 相。
[0008] 優(yōu)選地，該涂層是由Ti粉和送粉氣N2在熔覆過程中發(fā)生反應(yīng)原位合成TiN制備 得到。
[0009] 進(jìn)一步地，該TiN涂層的制備方法包括以下步驟：
[0010] (I)Ti粉原料處理；
[0011] (2)模具表面預(yù)處理；
[0012] (3)熔覆，由Ti粉原料和送粉氣N2在熔覆過程中發(fā)生反應(yīng)原位合成反應(yīng)；
[0013] (4)制得TiN復(fù)合涂層，熔覆后制得涂層相成分主要包括TiN、a -Fe、Ti相，且無 氧化物相的復(fù)合涂層。
[0014] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0015] 本發(fā)明直接對(duì)Ti粉末進(jìn)行熔覆，可以再零件表面直接制備耐磨陶瓷涂層，涂層的 硬度較高，（Ti, Fe)共晶相提高了涂層的韌性。反應(yīng)等離子熔覆原位合成的TiN復(fù)合涂層 避免傳統(tǒng)的采用反應(yīng)噴涂TiN層較大的脆性和工藝復(fù)雜，需要較多的人力和物力資源。
[0016] 本發(fā)明采用反應(yīng)等離子熔覆制備TiN復(fù)合涂層，涂層較致密，與基體結(jié)合良好，達(dá) 到冶金結(jié)合，厚度約800 μ m，采用壓痕法測量涂層斷裂韌性為

【權(quán)利要求】
1. 一種反應(yīng)等離子熔覆原位合成TiN復(fù)合涂層，該涂層相成分主要包括TiN、a -Fe、Ti 相，無氧化物相；涂層較致密，無孔隙，涂層內(nèi)TiN彌散分布，涂層與基體處無裂紋等微觀缺 陷，與基體呈冶金結(jié)合。
2. 如權(quán)利要求1所述的涂層，其特征在于，該涂層包括兩個(gè)區(qū)域，區(qū)域1主要元素為 Ti-72. 3%、N-27. 7%，區(qū)域2主要元素為Ti-52. 5%、Fe-47. 5%，可知區(qū)域1黑色相為TiN 相，區(qū)域2主要為Ti和a -Fe相。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的涂層，其特征在于，該涂層是由Ti粉和送粉氣N2在熔覆過 程中發(fā)生反應(yīng)原位合成TiN制備得到。
4. 如權(quán)利要求3所述的涂層，其特征在于，該TiN涂層的制備方法包括以下步驟： (1) Ti粉原料處理； (2) 模具表面預(yù)處理； (3) 熔覆，由Ti粉原料和送粉氣N2在熔覆過程中發(fā)生反應(yīng)原位合成反應(yīng)； (4) 制得TiN復(fù)合涂層，熔覆后制得涂層相成分主要包括TiN、a-Fe、Ti相，且無氧化 物相的復(fù)合涂層。
【文檔編號(hào)】C23C24/10GK104372335SQ201410539639
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月13日
【發(fā)明者】邢志國, 王海斗, 崔華威, 金國 申請(qǐng)人:中國人民解放軍裝甲兵工程學(xué)院