CN107090572A - 一种TiN涂层的制备方法 - Google Patents

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甘智勇
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傅思伟
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程明
文黎
温力
李庆钊
曹建伟
张迅达
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Abstract

本发明涉及一种TiN涂层的制备方法，包含步骤有：(1)基体材料预处理，除去铁锈、油污，提高表面粗糙度；(2)在预处理后的基体材料上喷涂Al/Ni粉末，制备NiAl粘接底层；(3)采用反应等离子喷涂Ti粉制备TiN涂层，TiN涂层的制备参数为：Ar离子气体流量40～60L/min，N2离子气体流量40～60L/min，送粉气体流量3～5m3/h，电弧功率28～40kW，电流350～500A，喷涂距离80～120mm。本发明制备TiN涂层的成本低，工艺参数可控，通过控制喷涂参数可以得到不同厚度的TiN涂层，所得TiN涂层致密、性能优良。

Description

一种TiN涂层的制备方法
技术领域
本发明属于陶瓷层制备技术领域，特别是一种TiN涂层的制备方法。
背景技术
等离子喷涂是一种应用广泛的材料表面强化和表面改性技术，可以使基体表面具有耐磨、耐蚀、耐高温氧化、隔热、减磨等性能。但是，等离子喷涂涂层在形成过程中，部分颗粒不能完全熔化，容易在涂层中夹杂生粉，难以制备出具有陶瓷固有性能的涂层，陶瓷材料优良的耐磨、耐蚀性能得不到充分发挥。等离子喷涂制备的TiN涂层较为粗糙，涂层中的孔洞较大且多，涂层性能大大降低；且涂层中残留不同程度的Ti粉，使TiN涂层本身所具备的高硬度、高耐磨性等性能无法表现出来。在制备过程中涂层的沉淀速率低，涂层与基体的结合性能较差，并且制备设备昂贵，增加了TiN涂层的制备成本，制约着TiN的应用。
反应等离子喷涂所用粉末为高放热反应体系，喷涂时，粉末在飞行过程中与反应气体发生反应，反应产物颗粒沉积到基体上形成涂层。所得涂层呈典型的层状组织结构，涂层由硬质相原位合成，合成反应热与等离子弧热叠加，有利于熔点高的硬质相的熔化，但目前还没有发现应用反应等离子喷涂方法来进行TiN涂层的制备。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，而提出一种TiN涂层的制备方法。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种TiN涂层的制备方法，包含步骤如下：
(1)基体材料预处理，将基体材料用砂纸打磨，除去铁锈、油污，提高试样表面的粗糙度；
(2)在预处理后的基体材料上喷涂Al/Ni粉末，制备NiAl粘接底层，所述NiAl粘结底层制备参数为：Ar离子气体流量50～100L/min，N2离子气体流量20～50L/min，送粉气体流量0.5m3/h，电弧功率28～40kW，电流350～500A，喷涂距离100～150mm；
(3)采用反应等离子喷涂Ti粉制备TiN涂层，所述TiN涂层的制备参数为：Ar离子气体流量40～60L/min，N2离子气体流量40～60L/min，送粉气体流量3～5m3/h，电弧功率28～40kW，电流350～500A，喷涂距离80～120mm。
而且，基体材料为碳钢或者不锈钢。
而且，NiAl粘结底层的厚度为100～150um。
而且，Ti粉的粒度为30～40um，TiN涂层的厚度为100～300um。
而且，所述步骤(2)、(3)中送粉气体为N2。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明采用反应等离子喷涂制备TiN涂层的成本低，工艺参数可控；
2、本发明通过控制喷涂参数可以得到不同厚度的TiN涂层；
3、本发明所得TiN涂层致密、性能优良。
具体实施方式
以下对本发明实施例做进一步详述：需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其它实施方式，同样属于本发明保护的范围。
实施例一：
一种TiN涂层的制备方法，包含如下步骤：
(1)基体材料预处理，将45#切成10mm×10mm×12mm的试样，用砂纸打磨，除去铁锈、油污，提高试样表面的粗糙度。
(2)在预处理后的基体试样上喷涂Al/Ni粉末，制备NiAl粘接底层。
其中，所述NiAl粘结底层制备参数为：Ar离子气体流量80L/min，N2离子气体流量30L/min，送粉气体N2的流量0.5m3/h，电弧功率28kW，电流350A，喷涂距离120mm。
所述NiAl粘结底层的厚度为100um。
(3)采用反应等离子喷涂Ti粉制备TiN涂层。
所述TiN涂层的制备参数为：Ar离子气体流量50L/min，N2离子气体流量50L/min，送粉气体N2的流量3m3/h，电弧功率28kW，电流350A，喷涂距离100mm。
所述Ti粉的粒度为30um，所述TiN涂层的厚度为100um。
实施例二：
一种TiN涂层的制备方法，包含如下步骤：
(1)基体材料预处理，将45#切成10mm×10mm×12mm的试样，用砂纸打磨，除去铁锈、油污，提高试样表面的粗糙度。
(2)在预处理后的基体试样上喷涂Al/Ni粉末，制备NiAl粘接底层。
其中，所述NiAl粘结底层制备参数为：Ar离子气体流量100L/min，N2离子气体流量50L/min，送粉气体N2的流量0.5m3/h，电弧功率40kW，电流500A，喷涂距离100mm。
所述NiAl粘结底层的厚度为150um。
(3)制备TiN涂层，采用反应等离子喷涂复合粉制备TiN涂层。
所述TiN涂层的制备参数为：Ar离子气体流量60L/min，N2离子气体流量60L/min，送粉气体N2的流量5m3/h，电弧功率40kW，电流500A，喷涂距离80mm。
所述Ti粉的粒度为40um，所述TiN涂层厚度为300um。

Claims (5)

1.一种TiN涂层的制备方法，其特征在于包含步骤如下：
(1)基体材料预处理，将基体材料用砂纸打磨，除去铁锈、油污，提高表面粗糙度；
(2)在预处理后的基体材料上喷涂Al/Ni粉末，制备NiAl粘接底层，所述NiAl粘结底层制备参数为：Ar离子气体流量50～100L/min，N2离子气体流量20～50L/min，送粉气体流量0.5m3/h，电弧功率28～40kW，电流350～500A，喷涂距离100～150mm；
(3)采用反应等离子喷涂Ti粉制备TiN涂层，所述TiN涂层的制备参数为：Ar离子气体流量40～60L/min，N2离子气体流量40～60L/min，送粉气体流量3～5m3/h，电弧功率28～40kW，电流350～500A，喷涂距离80～120mm。
2.根据权利要求1所述的TiN涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中基体材料为碳钢或者不锈钢。
3.根据权利要求1所述的TiN涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中NiAl粘结底层的厚度为100～150um。
4.根据权利要求1所述的TiN涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中Ti粉的粒度为30～40um，TiN涂层的厚度为100～300um。
5.根据权利要求1所述的TiN涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)、(3)中送粉气体为N2。
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