一种硬度和韧性较好的等离子喷涂TiN涂层制造技术

一种硬度和韧性较好的等离子喷涂TiN涂层，本发明专利技术公开了一种TiN团聚粉沫，该粉末包括原子分数为Ti-72％和N-28％，其团聚后形成粒径为40～80μm球状团聚体。本发明专利技术还提供了一种TiN涂层，该TiN涂层是由TiN团聚粉末制备得到；该涂层的三强峰相为TiN相，还存在部分TiO、TiO2和Ti3O氧化物相；该涂层中存在明暗相层状分布，在层状结构内部和层状结构结合处有少量孔隙；涂层与基体结合处无裂纹等微观缺陷，结合良好。本发明专利技术采用超音速等离子喷涂TiN涂层，硬度较高，可以达到1210HV0.1，高的硬度可以提高涂层的耐磨性，涂层的断裂韧性较大，可以提高涂层内断裂力学性能，延长涂层的疲劳寿命。

【技术实现步骤摘要】
-种硬度和韧性较好的等离子喷涂TiN涂层
本专利技术涉及材料技术研究领域，具体的涉及一种等离子涂层。
技术介绍
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。采用等离子喷技术直接喷涂TiN粉末可以在短时间内制备较厚的涂层，同时在喷 涂过程TiN发生氧化，产生Ti的氧化物相，可以提高涂层的韧性。 等离子喷涂技术被广泛应用于制备金属、陶瓷和复合涂层以抵抗磨损、腐蚀和高 温。在喷涂过程中，易产生氧化物和孔隙等微观缺陷，这是由于熔融颗粒在熔化和飞行以及 与基体表面接触过程中与周围介质发生了化学反应，使得喷涂材料出现氧化，而且还由于 熔融颗粒的陆续堆叠和部分颗粒的反弹散失，在颗粒之间不可避免的出现孔隙。涂层内氧 化物含量和孔隙率等微观缺陷是评判涂层质量的重要标准，有学者对等离子喷涂过程中氧 化物的控制和孔隙率对涂层性能的影响进行了研究，通过控制合适的工艺参数能够显著改 善涂层的微观结构和性能。TiN高温下易分解氧化，的活性较大，在等离子喷涂过程中与其 它介质反应生成Ti的氧化物，Ti的氧化物相相比TiN相硬度和强度较低，TiN涂层内氧化 物含量直接影响了涂层性能。断裂韧性是材料抵抗断裂破坏的能力，采用压痕法对涂层断 裂韧性的测量已得到广泛应用，涂层硬度和断裂韧性是涂层抵抗裂纹增殖和发生断裂的主 要指标，直接影响了涂层的服役性能和寿命。 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。而采用 等离子直接喷涂TiN粉末，即可以保证涂层的厚度，同时，TiN涂层内Ti的氧化物相可以提 高涂层的韧性，从而得到韧性和硬度都较好的TiN涂层。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种TiN涂层。 为了实现本专利技术的目的，本专利技术提供了一种TiN团聚粉沫，该粉末包括原子分数 为Ti-72%和N-28%，其团聚后形成粒径为40?80μπι球状团聚体。 进一步地，本专利技术还提供了一种TiN涂层，该TiN涂层是由TiN团聚粉沫制备得到。 并且，该涂层的三强峰相为TiN相，还存在部分Ti0、Ti02和Ti30氧化物相；该涂 层中存在明暗相层状分布，在层状结构内部和层状结构结合处有少量孔隙；涂层与基体结 合处无裂纹等微观缺陷，结合良好。 优选地，所述的TiN涂层是由以下方法制备： 一种制备TiN涂层的方法，其包括如下步骤： (1)制备TiN团聚粉末：该粉末包括原子分数为Ti-72%和N-28%，其团聚后形成 粒径为40?80 μ m球状团聚体； (2)模具表面预处理； (3)喷涂：利用等离子喷枪进行喷涂，喷涂参数为，喷涂主气为氩气，气体流量为 38L · min-MZL · min-1 ;次气为氢气气体流量为12L · HiirT1-IeL · min-1 ;送粉气为氩气，喷涂 距离为IOO-HOmm ;送粉量为40g · mirT1，喷涂电压为41KW-50KW ;喷涂电流为500A-600A ; (4)制得TiN涂层：该涂层三强峰相为TiN相，还存在部分TiCKTiO2和Ti 3O氧化 物相。 其中，所述TiN团聚粉沫是由以下方法制备： (1-1) TiN粉末原料进行雾化； (1-2)对雾化后的TiN粉末和粘结剂进行混料加入到团聚设备内进行团聚，并对 团聚后的粉末进行干燥，冷却； (1-3)将团聚后的粉末通过-200目?400目粉末筛，得到的TiN团聚粉末粒径为 40-80微米球状团聚体。 本专利技术的有益效果如下： 本专利技术直接对TiN粉末进行喷涂，可以再零件表面直接制备耐磨陶瓷涂层，涂层 中Ti氧化物的出现，提高了涂层的韧性。直接喷涂TiN涂层可以避免传统的采用反应喷涂 TiN层较大的脆性和工艺复杂，需要较多的人力和物力资源。 本专利技术采用超音速喷涂TiN涂层，涂层较致密，有少量空隙，与基体结合良好，厚 度约200 μ m，采用压痕法测量涂层断裂韧性为3.94M/wG。 本专利技术采用等离子喷涂TiN粉末制备的TiN涂层，该方法可以采用粉末直接喷涂， 操作方便，易于推广，大大的节约了成本。 本专利技术采用超音速等离子喷涂TiN涂层，硬度较高，可以达到1210HVai，高的硬度 可以提高涂层的耐磨性，涂层的断裂韧性较大，可以提高涂层内断裂力学性能，延长涂层的 疲劳寿命。 【附图说明】 图1本专利技术实施例1制得的TiN涂层； 图2涂层的XRD测试结果； 图3涂层的SEM扫描形貌； 图4涂层硬度测试结果； 图5断裂韧性测试压痕形貌； 图6不同孔隙率对涂层硬度的影响； 图7不同氧化物含量对涂层断裂韧性的影响。 【具体实施方式】 下面结合附图及其【具体实施方式】详细介绍本专利技术。但本专利技术的保护范围并不局限 于以下实例，应包含权利要求书中的全部内容。 以下实施例中所使用的均为常规仪器和设备。 实施例1涂层的制备 涂层的制备过程分为制备TiN团聚粉末，模具表面预处理，喷涂参数优化，喷涂四 个阶段，四个阶段步骤如下： (1)制备TiN团聚粉末； (1-1)以粉末粒径为1-5 μ m的TiN粉末为原料进行雾化； (1-2)对雾化后的TiN粉末和粘结剂进行混料加入到雾化设备内进行团聚，并对 团聚后的粉末进行干燥，造粒成形； (1-3)将团聚后的粉末通过-200目?+400目粉末筛，得到的TiN团聚粉末粒径为 40-80微米的微米球状团聚体。 该粉末包括原子分数为Ti-72%和N-28%，其团聚后形成粒径为40?80 μ m球状 团聚体。 (2)模具表面预处理； (2-1)对模具表面首先进行磨削处理，使模具表面的粗糙度达到Ra = 0. 8 μ m ; (2-2)然后对模具表面进行酒精或丙酮清洗，去除模具表面的油污； (2-3)对模具表面进行喷砂处理，喷砂材料选用粒径小于700 μ m的棕刚玉，喷砂 气压为0. 7MPa，喷砂角度为45°，喷枪离模具表面距离为0. 15m。 ⑶喷涂 (3-1)喷涂设备采用超音速等离子喷枪，喷涂参数为，喷涂主气为氩气 (38L · min-1)，次气为氢气（16L · min-1)，送粉气为氩气，喷涂距离为125mm，送粉量为 40g · mirT1，喷涂电压为46KW，喷涂电流为540A ; (3-2)在喷涂参数下，利用超音速等离子喷枪对工件表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种TiN团聚粉末，其特征在于，该粉末包括原子分数为Ti‑72％和N‑28％，其团聚后形成粒径为40～80μm球状团聚体。

【技术特征摘要】
1. 一种TiN团聚粉末，其特征在于，该粉末包括原子分数为Ti-72%和N-28%，其团聚 后形成粒径为40?80 ii m球状团聚体。2. -种TiN涂层，其特征在于，该TiN涂层是由TiN团聚粉沫制备得到。3. 如权利要求2所述的TiN涂层，其特征在于，该TiN团聚粉沫是由以下方法制备： (1-1) TiN粉末原料进行雾化； (1-2)对雾化后的TiN粉末和粘结剂进行混料加入到雾化设备内进行团聚，并对团聚 后的粉末进行干燥，造粒成形； (1-3)将团聚后的粉末通过-200目?+400目粉末筛，得到的TiN团聚粉末粒径为 40-80微米球状团聚体。4. 如权利要求2所述的TiN涂层，其特征在于，该涂层的三强峰相为TiN相，还存在部 分Ti0、Ti02和Ti30氧化物相；该涂层中存在明暗相层状分布，在层状结构内部和层状结...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海斗，邢志国，崔华威，金国，
申请(专利权)人：中国人民解放军装甲兵工程学院，
类型：发明
国别省市：北京;11