[发明专利]一种反应等离子熔覆原位合成TiN涂层

说明书

本发明公开了一种反应等离子熔覆原位合成TiN复合涂层，该涂层相成分主要包括TiN、α‑Fe、Ti相，无氧化物相；涂层较致密，无孔隙，涂层内TiN弥散分布，涂层与基体处无裂纹等微观缺陷，与基体呈冶金结合。本发明利用反应等离子熔覆技术原位合成TiN涂层可以在短时间内制备出较厚的涂层，大大提高了粉末的沉积效率，节约了成本；涂层内孔隙率低，涂层质量好，涂层与基体可以形成冶金结合，大大提高了涂层的性能。

技术领域

本发明涉及材料技术研究领域，具体的涉及一种TiN涂层。

背景技术

反应熔覆技术是在等离子或激光等高能量束熔覆过程中通过元素或化合物间的化学反应“原位合成”金属陶瓷等涂层的一种新型涂层技术。原位合成工艺是在一定条件下，通过元素和元素之间的物理化学反应，在基体内部原位形成一种或多种高强度、高硬度的增强颗粒，从而起到强化基体的作用。等离子熔覆技术是通过等离子束流熔化涂层材料及基体表面的薄层，可在普通金属材料表面获得与基体呈冶金结合的表面功能涂层，从而显著改善基体材料的耐磨、耐蚀、耐热性能。由于等离子熔覆技术得到的涂层相比其它方法得到的涂层，具有熔覆层厚，与基体形成冶金结合、基体不需要前处理、效率高、成本低、涂层质量好等优点，已广泛应用于电力、煤炭、冶金和机械等工业领域。利用反应等离子熔覆技术原位合成TiN涂层可以在短时间内制备出较厚的涂层，大大提高了粉末的沉积效率，节约了成本；涂层内孔隙率低，涂层质量好，涂层与基体可以形成冶金结合，大大提高了涂层的性能。

TiN涂层具有低的摩擦系数和高的硬度，以及良好的耐腐蚀性被广泛应用为装饰涂层、耐磨涂层、耐腐蚀涂层。目前，许多研究者通过反应热喷涂、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、电弧镀、等技术制备了TiN涂层，并对涂层的沉积过程，显微结构和性能进行了研究。采用CVD、PVD等技术制备的TiN涂层厚度较薄，降低涂层的机械性能；而利用热喷涂反应技术可以制备较厚的TiN涂层，但涂层内含有较多的孔隙，脆性较大，涂层质量不易控制。可以利用等离子熔覆技术，采用同轴送粉方式，在熔覆过程中，使熔覆粉末与送粉气N₂发生反应，原位生成TiN，采用反应等离子熔覆技术原位合成制备的TiN涂层厚度较厚，与基体结合良好，可以达到冶金结合，同时熔覆层内缺陷较少，涂层性能较好。

目前，许多研究者通过反应热喷涂、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、电弧镀、等技术制备了TiN涂层，并对涂层的沉积过程，显微结构和性能进行了研究。采用CVD、PVD等技术制备的TiN涂层厚度较薄，降低涂层的机械性能；而利用热喷涂反应技术可以制备较厚的TiN涂层，但涂层内含有较多的孔隙，脆性较大，涂层质量不易控制。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种反应等离子熔覆原位合成TiN涂层。

为了实现本发明的目的，本发明提供了一种反应等离子熔覆原位合成TiN复合涂层，该涂层相成分主要包括TiN、α-Fe、Ti相，无氧化物相；涂层较致密，无孔隙，涂层内TiN弥散分布，涂层与基体处无裂纹等微观缺陷，与基体呈冶金结合。

优选地，该涂层包括两个区域，区域1主要元素为Ti-72.3％、N-27.7％，区域2主要元素为Ti-52.5％、Fe-47.5％，可知区域1黑色相为TiN相，区域2主要为Ti和α-Fe相。

优选地，该涂层是由Ti粉和送粉气N₂在熔覆过程中发生反应原位合成TiN制备得到。

进一步地，该TiN涂层的制备方法包括以下步骤：

(1)Ti粉原料处理；

(2)模具表面预处理；

(3)熔覆，由Ti粉原料和送粉气N₂在熔覆过程中发生反应原位合成反应；

(4)制得TiN复合涂层，熔覆后制得涂层相成分主要包括TiN、α-Fe、Ti相，且无氧化物相的复合涂层。