[发明专利]一种反应等离子喷涂制备纳米晶TiVN涂层的方法

说明书

本发明为一种反应等离子喷涂制备纳米晶TiVN涂层的方法。该方法包括以下步骤：对所需涂层基体材料表面进行喷砂处理，随后在喷砂处理后的金属基体材料表面喷涂粘结底层；将通过机械球磨得到的Ti‑V合金粉末喷涂于上步形成的粘结底层表面，从而制备纳米晶TiVN涂层，涂层厚度为200‑500微米。本发明可有效地克服氮化物陶瓷的脆性，提高涂层的韧性、耐磨性和高温稳定性能，实现了反应等离子喷涂中高效形成的TiN与VN固溶体复合氮化物涂层。

技术领域：

本发明采用的是机械合金化粉末作为反应等离子喷涂原料的方法，具体的说是一种反应等离子喷涂纳米晶TiVN涂层制备的方法，属于材料表面处理与陶瓷加工技术的领域。

背景技术：

随着机械切削加工向更高速和连续化发展,人对极端环境下使用的工模具的需求日益增加,对工模具的性能提出了更高的要求。由于传统金属陶瓷基体由于本身性能在应用中受到极大的限制的问题，可以在强韧性良好的金属基体上制备金属瓷涂层,使金属高的韧性、塑性和热导率与陶瓷的耐磨、耐热、耐蚀性有机结合起。金属-陶瓷涂层的表面硬度比金属材料高, 能够延长材料的使用期限；并且金属-陶瓷涂层性能优异,能够保护基体,满足在恶劣环境中使用要求。

反应等离子喷涂是以燃烧合成反应为基础，将等离子喷涂技术与燃烧合成技术相结合，扬长避短，充分发挥两种工艺的各自优点，利用等离子焰流来控制燃烧合成的反应程度。

TiN具有硬度高、韧性好、摩擦系数小、化学性能稳定等优点,广泛应用于刀具、装饰、表面防护等领域。目前制备TiN涂层的方法有很多,如气相沉积、热喷涂、电镀等,反应等离子喷涂则是最常用的金属陶瓷复合涂层制备方法。近年来对于各类复合TiN涂层的研究日趋火热，尤其是加入各类高性能结合的掺杂元素或掺杂相，以改善传统TiN涂层的各项性能，如 TiCN、TiN-Al₂O₃、TiSiN、TiAlN、TiCN-Mo涂层等。

当前TiVN涂层的制备方法及研究报道，大多通过薄膜沉积生长的方式合成，如反应磁射共溅、PVD、CVD等，但得到的TiVN涂层仍存在很多缺陷，如孔隙率过高，相界面结合强度不高，难以致密等情况。并且当前未有通过反应等离子喷涂制备得到的高性能TiVN涂层研究。

发明内容：

本发明为解决当前技术中存在的不足，提供一种反应等离子喷涂制备纳米晶TiVN涂层的方法。该方法首先运用了机械球磨的方法将晶体结构相似的Ti与V颗粒合金化制成喂料粉；再采用等离子喷涂的方法及关键参数控制成功制备出了TiVN涂层。得到的涂层根据需求厚度可达200-500微米，并且具有高熔点、高硬度、良好的化学稳定性、良好的强韧性、较高的红硬性的纳米晶TiVN涂层。本发明可有效地克服氮化物陶瓷的脆性，提高涂层的韧性、耐磨性和高温稳定性能，实现了反应等离子喷涂中高效形成的TiN与VN固溶体复合氮化物涂层。

本发明的技术方案为：

一种反应等离子喷涂制备纳米晶TiVN涂层的方法，包括以下步骤：

(1)将Ti粉、V粉混合后得到混合粉料；

其中，Ti粉、V粉的粒度为200-500目；Ti粉的质量为混合粉料的质量的65％-80％；

(2)将加入到球磨罐中，抽取真空并进行密封处理；充入氩气作为情性保护气体，将密封的球罐置于行星球磨机中，转速300～1000r/min下球磨10-12h；待球磨结束后进行过筛处理，得到粒径1-50微米的Ti-V合金化粉末；

(3)对所需涂层基体材料表面进行喷砂处理，随后在喷砂处理后的金属基体材料表面喷涂粘结底层；粘结底层厚度为90-120微米；

(4)采用等离子喷涂的方法，将第二步中球磨得到的Ti-V合金粉末喷涂于上步形成的粘结底层表面，从而制备纳米晶TiVN涂层，涂层厚度为200-500微米；