[发明专利]反应氮弧堆焊碳氮化钛增强钛基复合涂层制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大厚度碳氮化钛增强钛基复合涂层制备技术，特别涉及一 种在钛及钛合金基体表面制备碳氮化钛增强钛基复合涂层的方法。

背景技术

钛及其合金因其轻质、较高的机械性能和优良的耐蚀性，在化学工业、能 源、航空、医学等领域得到广泛应用。但钛及其合金硬度低、耐磨性差，限制 了其更加广泛的应用，因此有必要提高钛及其合金表面的耐磨性。碳氮化钛是 一种性能优良、用途广泛的非氧化物材料，也是一种性能优异的涂层材料，它 兼有氮化钛和碳化钛的特性和优点。与碳化钛相比，碳氮化钛的塑性、耐磨性 更优异；与氮化钛相比，碳氮化钛具有更好的抗粘着磨损和抗磨粒磨损性能、 更低的摩擦因数。目前，碳氮化钛增强金属基复合涂层的等离子体化学气相沉 积、中温化学气相沉积、空心阴极离子镀、离子束辅助沉积、粉末冶金真空烧 结、激光熔覆等制备技术得到了广泛的应用和研究。分析上述方法，会发现它 们一般都具有设备价格昂贵，工艺复杂，制备的涂层薄，涂层制备效率低、生 产成本高等一种或几种缺点，因此限制了其在工业生产中的普遍应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种在钛及钛合金基体表面制备工艺简单、生产成本 低、制备效率高的碳氮化钛增强钛基复合涂层制备方法。

本发明的目的通过以下措施实现，反应氮弧堆焊碳氮化钛增强钛基复合涂 层制备方法，采用传统直流钨极氮弧焊焊机，以钨电极作为阴极，以表面预涂 石墨粉的钛及钛合金基体作为阳极，氮弧作用在将阳极熔化形成熔池的同时使 部分氮气电离，电离的氮气及未被电离的氮气与熔池内的石墨及钛反应 [Ti+[N]→TiN，Ti+C→TiC，式中[N]可以是氮原子、氮分子或氮离子(N^-、N⁺)] 生成碳氮化钛，熔池凝固后生成碳氮化钛增强钛基复合涂层。

(1)备料：用丙酮稀释自制的粘结剂将粒度100～800目，含碳99.9％～99.99％ 的高纯石墨粉调成糊状，备用。

(2)打磨：用砂纸打磨试件表面直到出现金属光泽，彻底去除试件表面的 氧化皮、锈蚀及其它污染物。

(3)清洗：用丙酮酒精溶液清洗打磨后的试件表面，彻底去除试件表面的 油污。

(4)预涂：将预先调制好的糊状石墨粉涂覆在经打磨和清洗后的试件表面， 涂覆厚度1.0～2.0mm，涂覆过程中不断压实涂覆层。

(5)干燥：将涂覆好石墨的试件自然阴干24～30小时后再将其放置在真空 干燥箱中100～150℃下烘干2～3小时。

(6)堆焊：用氮弧焊机进行堆焊，工艺参数为钨极直径1～3mm，堆焊电压 10～12V，堆焊电流30～120A，氮气流量10～15L/min，氮气纯度99.5％～99.99％，堆 焊速度2～5mm/s，所述氮弧能量使部分氮气电离并使阳极熔化(熔融)，所述电 离的氮气及未电离的氮气与熔化(熔融)的阳极反应合成碳氮化钛增强钛基复 合涂层。

(7)保温：堆焊结束后将试件放入保温箱中随炉冷却至室温。

上述的反应氮弧堆焊碳氮化钛增强钛基复合涂层制备方法，通过对石墨粒 度、石墨纯度、氮气纯度、氮气供给量、预涂厚度、钨极直径、堆焊电流、堆 焊电压、堆焊速度等的调整，可获得厚度、硬度、耐磨性等不同要求的涂层。