CN113235069B - 一种抗腐蚀的氮化钛耐磨涂层及其制备方法和包含该涂层的制品 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种抗腐蚀的氮化钛耐磨涂层的制备方法：基材在真空条件下预热；通入氮源、钛源和第二辅助气体，在预热后的基材表面上进行化学气相沉积，得到沉积涂层；其中，以5‑8℃/min的速率加热至沉积温度，沉积温度为1010‑1025℃，沉积时间为120‑720min，沉积压力为0.04‑0.08MPa；第二辅助气体的流量为1000‑2000sccm；氮源为气体源，流量为800‑1200sccm；对沉积涂层进行冷却，冷却具体为：停止通入钛源，降温至800‑900℃；当降温至800‑900℃时，停止通入氮源，继续降温；当降温至200‑400℃时，停止通入第二辅助气体，随后冷却至室温，得到抗腐蚀的氮化钛耐磨涂层。该涂层具有棱片状结构，可以显著增强氮化钛涂层的抗H2S腐蚀能力，增强涂层致密度与晶化程度。

Description

一种抗腐蚀的氮化钛耐磨涂层及其制备方法和包含该涂层的制品
技术领域
本发明涉及防腐蚀耐磨涂层领域，具体公开了一种抗腐蚀的氮化钛耐磨涂层及其制备方法和包含该涂层的制品。
背景技术
氮化钛涂层具有高硬度、耐腐蚀、化学稳定性好等优点，常用作碳钢、硬质合金等工模具表面防腐耐磨涂层以提高其切削性能及防腐蚀性能。但是，采用传统方法制备的氮化钛涂层通常存在涂层致密度与晶化程度低、结构应力大、抗H2S腐蚀性能弱等缺点，从而导致该涂层在油气田高H2S环境使用过程中容易出现开裂、脱落及快速腐蚀等现象，其对油气田用碳钢类设备及构件的抗H2S腐蚀防护效果受到限制。
针对上述不足，目前的改进方法有两类：(1)引入C元素来制备TiCxN1-x涂层，通过调整涂层组成中N与C元素的比例，增强涂层的晶化程度并提高涂层的致密度与抗H2S腐蚀性能；同时，C元素的增强了涂层的耐磨性能；该方法一定程度上减轻了H2S环境下油气田碳钢类构件的开裂和腐蚀程度，提升了油气田金属管道的使用寿命；但是C元素引入增加了涂层的脆性与应力，容易引发涂层应力开裂行为并进而加重其腐蚀程度，导致油气田碳钢类构件抗H2S腐蚀性能下降，导致使用寿命降低。(2)制备TiN复合涂层，如TiN/TiCN、TiC/TiN、TiC/TiCN/TiN复合涂层等。其中TiC/TiCN/TiN复合涂层在致密度与应力降低方面得较好的结果。然而复合涂层的抗H2S腐蚀性与耐磨性能容易受到各子涂层的厚度、界面结合、相组成与分布的影响，必须通过涂层制备参数的精确控制才能获得具有较好抗H2S腐蚀与耐磨性能的涂层结构。此外，与单一涂层相比，复合涂层的制备工艺繁琐、生产成本较高，限制其在油气田用碳钢类构件方面的实际包含该涂层的制品。
因此，对于油气田用碳钢类构件面临的高H2S腐蚀与磨损工况环境，亟需开一种兼具抗H2S腐蚀与良好耐磨性能的新型氮化钛涂层，从而克服现有涂层抗H2S腐蚀性能弱的缺点。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种抗腐蚀的氮化钛耐磨涂层及其制备方法，解决了现有氮化钛涂层抗H2S腐蚀性能弱的问题。
本发明的目的之二在于提供包含有该抗腐蚀的氮化钛耐磨涂层的制品，提高H2S环境下油气田用碳钢类构件的抗腐蚀性能与耐磨性能，进而扩大氮化钛涂层的包含该涂层的制品范围。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种抗腐蚀的氮化钛耐磨涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)将基材在真空条件下进行预热，预热的温度为40-70℃；
(2)通入氮源、钛源和第二辅助气体，在预热后的基材表面上进行化学气相沉积，得到沉积涂层；
其中，以5-8℃/min的速率加热至沉积温度，沉积温度为1010-1025℃，沉积时间为120-720min，沉积压力为0.04-0.08MPa；第二辅助气体的流量为1000-2000sccm；氮源为气体源，氮源的流量为800-1200sccm；
(3)对沉积涂层进行冷却，冷却具体为：
停止通入钛源，降温至800-900℃；
当降温至800-900℃时，停止通入氮源，继续降温；
当降温至200-400℃时，停止通入第二辅助气体，随后冷却至室温，得到所述抗腐蚀的氮化钛耐磨涂层。
进一步，在步骤(1)之前，对基材进行预处理，预处理具体过程为：对基材依次进行打磨、喷砂、抛光、清洗和干燥。
进一步，步骤(1)中，在真空条件下通入第一辅助气体，第一辅助气体为氩气、氮气、氦气和氢气中的一种或多种；第一辅助气体的流量为500-1500sccm；
预热的升温速率为5-8℃/min；
真空条件下的真空度为≤0.1MPa。
进一步，步骤(2)中，第二辅助气体为氩气、氮气、氦气和氢气中的一种或多种。
本发明还公开了所述的制备方法制备得到的抗腐蚀的氮化钛耐磨涂层，所述抗腐蚀的氮化钛耐磨涂层中含有氮化钛晶粒，且氮化钛晶粒具有棱片状结构，氮化钛晶粒呈互相交织状。
进一步，所述抗腐蚀的氮化钛耐磨涂层中，按原子总数计，氮元素的原子百分比为40％-60％，钛元素的原子百分比为40％-60％。
进一步，氮化钛晶粒的长度为0.3-3μm，氮化钛晶粒宽度为200-500nm。
进一步，所述抗腐蚀的氮化钛耐磨涂层的厚度为5-30μm。
进一步，摩擦系数为0.12-0.22，平均磨损率为1.0×10-6-2.0×10-6mm3N-1m-1，均匀腐蚀速率为0.0020mm/a。
本发明还公开了一种制品，所述制品含有所述的抗腐蚀的氮化钛耐磨涂层。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开了一种抗腐蚀的氮化钛耐磨涂层及其制备方法，通过化学气相沉积法制备氮化钛涂层，可有效提高涂层与碳钢基体之间的膜基结合力，增强涂层致密度与晶化程度，从而显著提高涂层的抗H2S腐蚀与耐磨性能；在沉积过程中，以5-8℃/min的速率加热至沉积温度，沉积温度为1010-1025℃，沉积时间为120-720min，沉积压力为0.04-0.08MPa；第二辅助气体的流量为1000-2000sccm；氮源为气体源，氮源的流量为800-1200sccm；通过对流量、原料、比列、温度、压力、前后处理等各个环节的调节，同时在冷却阶段采用阶段降温，先降温至800-900℃，主要是降低涂层与金属基体之间因二者热膨胀系数差异而导致的界面应力，该界面应力会导致涂层与基体结合力降低、甚至涂层开裂；然后降温至200-400℃，主要是降低涂层自身的内部应力，降低涂层与基体之间因热膨胀系数差异而导致的界面应力，进一步确保涂层与基体之间强的结合力。通过该制备工艺制备得到一种含有棱片状结构的涂层，该棱片状结构可以极其有效地改善氮化钛涂层的致密度并降低涂层内应力，同时显著降低高H2S环境下涂层腐蚀程度，从而增强对L360QS不锈钢基体的腐蚀防护。此外，通过化学气相沉积法制备的所述抗H2S腐蚀的氮化钛耐磨涂层可有效提高膜基结合力，增强涂层的致密度与晶化程度，提高涂层的抗H2S腐蚀与耐磨性能。
进一步，对基材进行预处理，让基体材料表面更加利于涂层形核、均匀生长、增加涂层与基体结合力、降低界面应力等。
本发明公开了一种抗腐蚀的氮化钛耐磨涂层，涂层表面致密均匀，涂层由具有棱片状氮化钛晶粒组成，棱片状晶粒呈互相交织状。棱片状结构可以有效改善氮化钛涂层的致密度并降低涂层内应力的特点，同时降低高H2S环境下氢离子对涂层腐蚀程度，进而增强对L360QS不锈钢的腐蚀防护，实现抗H2S腐蚀与耐磨性能的兼顾，且化学气相沉积法制备的抗H2S腐蚀的氮化钛耐磨涂层可有效提高膜基结合力，增强涂层致密度与晶化程度等，所述涂层具有良好的抗H2S腐蚀及耐磨性能。
附图说明
图1为实施例1获得的复合于L360QS不锈钢表面抗H2S腐蚀的氮化钛耐磨涂层的XRD测试图；
图2为实施例1获得的复合于L360QS不锈钢表面抗H2S腐蚀的氮化钛耐磨涂层表面形貌SEM测试图；
图3为实施例1获得的复合于L360QS不锈钢表面抗H2S腐蚀的氮化钛耐磨涂层EDS能谱测试图；
图4为实施例1获得的复合于L360QS不锈钢表面抗H2S腐蚀的氮化钛耐磨涂层的截面SEM测试图；
图5为对比例1制备的L360QS不锈钢表面氮化钛晶体涂层的SEM图；
图6为本发明对比例1制备的涂层与实施例1制备的涂层的摩擦系数测试图；
图7为本发明对比例1制备的涂层与实施例1制备的涂层的平均磨损率测试图；
图8为本发明对比例1制备的涂层与实施例1制备的涂层的均匀腐蚀速率测试图。
具体实施方式
本发明提供了一种抗腐蚀的氮化钛耐磨涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)将基材在真空条件下进行预热，预热的温度为40-70℃；
(2)通入氮源、钛源和第二辅助气体，在预热后的基材表面上进行化学气相沉积，得到沉积涂层；
其中，沉积温度为1010-1025℃，沉积时间为120-720min，所述沉积压力为0.04-0.08MPa；第二辅助气体的流量为1000-2000sccm；
(3)对沉积涂层进行冷却，冷却具体为：
(3-1)第一阶段冷却过程：停止通入钛源，第二辅助气体的流量调整为200-500sccm，降温速率为5-8℃/min，降温至800-900℃；
(3-2)第二阶段冷却过程：降温至800-900℃时，停止通入氮源；降温至200-400℃时，停止通入辅助气体，随后冷却至室温，得到所述抗腐蚀的氮化钛耐磨涂层。
具体地，基材选自：碳钢、硬质合金、低合金钢，或其组合。
更优地，基材需要经过预处理，预处理的步骤为：依次在所述基材表面进行表面清洗、喷砂、二次表面清洗、表面抛光和烘干处理。
具体地，选用下组的材料进行喷砂：白刚玉砂(氧化铝砂)、石英砂，或其组合。白刚玉砂的粒径大小为500-800目。
表面清洗为超声波清洗，表面清洗所用的清洗试剂选自：金属表面清洗剂、酒精、丙酮、水，或其组合。
超声波清洗的时间为40-60分钟。
表面抛光后的基材表面粗糙度为Ra<0.2，较佳地0.05-0.2。
烘干的温度为50-80℃，烘干的时间为5-10小时。
更优地，在步骤(1)中，在真空条件下，通入第一辅助气体，对所述的基材进行预热。所述真空条件下的真空度为≤0.1MPa，优选0.02-0.03MPa。
具体地，第一辅助气体选自下组：氩气、氮气、氦气、氢气，或其组合。
第一辅助气体的流量为500-1500sccm。
更优地，步骤(1)中，预热步骤中，加热的速率为5-8℃/min。
具体地，第二辅助气体选自：氩气、氮气、氦气、氢气，或其组合。第二辅助气体的流量为1000-2000sccm。
具体地，钛源选自：钛酸丁酯、四氯化钛、三氯化钛、二氯化钛、氯化钛、钛粉，或其组合。
氮源为气体源，且所述氮源的流量为700-1500sccm。
具体地，氮源选自：一氧化氮、二氧化氮、氮气，氨气，或其组合。
当氮源为氮气时，氮气的纯度为99.99％。
步骤(2)中，以5-8℃/min的速率加热至沉积温度。5-8℃的升温速率，是根据基体与涂层之间热膨胀系数不同而制定的。在这种速率下，基体与涂层之间界面的反应应力、薄膜生长应力最小，有利于获得最优的界面结合力。
步骤(2)中，沉积时间较佳地为240-660min，更佳地540-600min。
基于上述方法制备得到的抗H2S腐蚀的氮化钛耐磨涂层，含有氮元素和钛元素形成的氮化钛，且所述涂层中的氮化钛具有棱片状结构。
所述的涂层基本上由氮元素和钛元素形成的氮化钛构成。
所述涂层中，N和Ti的总含量≥96％，较佳地≥97％，更佳地≥99％，或≥99.5％，最佳地≥99.9％，按所述涂层的总重量计。
所述的棱片状结构的体积V1与所述涂层的体积V0之比(V1/V0)≥50％，较佳地≥80％，更佳地≥90％，最佳地≥99％。
所述涂层中氮元素的原子百分比为40％-60％，钛元素的原子百分比为40％-60％，按所述涂层中原子的总数计。
所述涂层中含有氮化钛晶粒，氮化钛晶粒的平均粒径为0.3-3μm。
氮化钛晶粒的长度为0.3-3μm，较佳地1-1.5μm；和/或
所述棱片状宽度为200-500nm，较佳地300-400nm。
所述的涂层的厚度为5-30μm，较佳地10-25μm，更佳地22-24μm。
所述的涂层包括选自下组特征：
(i)所述的涂层的摩擦系数为0.12-0.22；
(ii)所述的涂层的平均磨损率为1.0×10-6-2.0×10-6mm3N-1m-1；
(ⅲ)所述的涂层的均匀腐蚀速率为0.0020mm/a。
本发明还公开了一种制品，所述的制品含有所述的抗H2S腐蚀的氮化钛耐磨涂层，或者所述制品由所述的抗H2S腐蚀的氮化钛耐磨涂层构成。
或，所述的制品包括基材，和复合于所述基材表面的如本发明第一方面所述的涂层。
所述的制品包括油气田用碳钢类构件、金属工具、模具。
所述的涂层与基材通过化学结合。
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
本发明公开了一种抗腐蚀的氮化钛耐磨涂层的制备方法，包括以下步骤：
1、对基材进行预处理
将尺寸为20mm*10mm*5mm的L360QS不锈钢基材进行表面打磨除杂，采用白刚玉砂进行表面喷砂，之后进行表面抛光，再用酒精对基材进行超声波清洗，之后将清洗后的基材放入烘箱内，在60℃下烘干12小时后置于CVD装置内。
2、对基材进行预热
采用真空泵组将CVD装置抽真空至10-1Pa，后同时通入氢气与氩气，氢气流量为600sccm，氩气流量为200sccm。启动气路系统预热程序，设定预热温度为65℃，预热速率为5℃/min。
3、通过化学气相沉积法制备氮化钛涂层，具体为：
启动CVD系统加热程序，设定加热温度为1015℃，加热速率为8℃/min。CVD装置加热至1015℃进入涂层沉积程序，通入四氯化钛、氮气与辅助气体等。辅助气体采用氢气与氩气，氮气流量为1000sccm，沉积时间600min，其中四氯化钛以氢气为载气载入CVD装置，氢气流量为1500sccm，氩气流量调整为800sccm。
4、沉积结束后，CVD装置进入可控降温模式，停止通入四氯化钛，氢气流量调整为300sccm，氩气流量调整为300sccm，降温速率8℃/min，降温至为900℃，停止通入氮气，降温至200℃时，停止通入氢气和氩气，进入自然冷却阶段，降温至室温，获得复合于L360QS不锈钢表面抗H2S腐蚀的氮化钛耐磨涂层。
对实施例1获得的复合于L360QS不锈钢表面抗H2S腐蚀的氮化钛耐磨涂层进行XRD、SEM、EDS测试，测定结果如图1-5所示。
如图1所示，实施例1获得的复合于L360QS不锈钢表面抗H2S腐蚀的氮化钛耐磨涂层由氮化钛组成，晶体结构为面心立方结构，涂层晶粒生长择优取向为(111)面。
如图2所示，实施例1获得的复合于L360QS不锈钢表面抗H2S腐蚀的氮化钛耐磨涂层表面致密均匀，涂层由具有棱片状氮化钛晶粒组成，棱片状晶粒呈互相交织状。晶粒大小为0.3-3μm。
如图3所示，实施例1获得的复合于L360QS不锈钢表面抗H2S腐蚀的氮化钛涂层由氮元素和钛元素构成，氮元素含量为51.35％，钛元素含量为48.65％。
如图4所示，实施例1获得的复合于L360QS不锈钢表面抗H2S腐蚀的氮化钛耐磨涂层与基体结合紧密，涂层厚度为22-24μm。
经测算，实施例1获得的复合于L360QS不锈钢表面抗H2S腐蚀的氮化钛耐磨涂层的元素为氮元素和钛元素，所述氮元素含量占摩尔比约为51.35％，所述钛元素含量占摩尔比约为48.65％。
性能测试
抗H2S腐蚀性能测试
方法：对实施例1制备的复合于L360QS不锈钢表面的抗H2S腐蚀的氮化钛耐磨涂层进行腐蚀性能对比测试。
腐蚀性能测试方法：测试前，采用电子天平称量试样重量；然后采用高温高压釜装置测试试样抗H2S腐蚀性能。其测试参数为：温度：60℃，H2S压力为0.1MPa，测试时间：360小时。测试结束后，利用化学清洗液(500mL盐酸+3.5六次甲基四胺+500mL去离子水)超声清洗，去除表面腐蚀产物，再依次用10％NaOH溶液、去离子水和无水乙醇清洗20min，待冷风吹干后用电子天平称重。
均匀腐蚀的计算公式：
Figure BDA0003060679470000091
其中，CR：均匀腐蚀速率(mm/a)；W：质量损失(mg)；A：试样表面积(mm2)；D：涂层密度(mg/cm3)；t：实验时间(h)。
结果：
实施例1制备的复合于L360QS不锈钢表面抗H2S腐蚀的氮化钛耐磨涂层的均匀腐蚀速率为0.0020mm/a。
摩擦性能测试
方法：对实施例1制备的复合于L360QS不锈钢表面抗H2S腐蚀的氮化钛耐磨涂层进行摩擦性能对比测试。
摩擦性能测试方法：采用Rtec摩擦磨损试验机测试试样的耐磨性能，测试模式：采用对磨球为6mm SiC球在室温下对试样进行X-Y双向线性无润滑往复摩擦，具体测试参数为：法向载荷5～20N，摩擦速度20mm/s，摩擦距离5mm，时间20min，频率2Hz。每个试样测试3次，并取结果的平均值。
结果：
实施例1获得的复合于L360QS不锈钢表面抗H2S腐蚀的氮化钛耐磨涂层的摩擦系数为0.16。
磨损性能测试
方法：对实施例1制备的复合于L360QS不锈钢表面抗H2S腐蚀的氮化钛耐磨涂层进行磨损性能对比测试。
磨损性能测试方法：在摩擦性能测试的基础上，首先通过表面轮廓仪进行磨痕体积测试，获得磨痕体积数据；其次，通过分析软件对磨痕体积数据进行积分
Figure BDA0003060679470000101
其中，W：体积磨损率；V：磨损体积；S：载荷大小；L：摩擦总距离。
结果：
实施例1制备的碳化钛耐磨陶瓷涂层的平均磨损率为1.9×10-6mm3N-1m-1。
实施例2
方法同实施例1，不同点仅在于：步骤1中，基材为高速钢。
结果表明，涂层颗粒显示棱片状结构，棱片状结构V1与所述涂层的体积V0之比(V1/V0)为97％；其中棱片状颗粒的长度为1μm，宽度为300nm；涂层中碳原子百分比为52.31％，钛原子百分比为47.69％；涂层的摩擦系数为0.20，平均磨损率为2.3×10-6mm3N- 1m，均匀腐蚀速率为0.0025mm/a。
实施例3
方法同实施例1，不同点仅在于：步骤3中，氮源为氨气。
结果表明，涂层显示棱片状结构，棱片状结构V1与所述涂层的体积V0之比(V1/V0)为97％；其中棱片状颗粒的长度为1.2μm，宽度为350nm；涂层中碳原子百分比为55.47％，钛原子百分比为44.53％；涂层的摩擦系数为0.21，平均磨损率为2.2×10-6mm3N-1m，均匀腐蚀速率为0.0027mm/a。
实施例4
方法同实施例1，不同点仅在于：步骤3中，钛源为三氯化钛。
结果表明，涂层显示棱片状结构，棱片状结构V1与所述涂层的体积V0之比(V1/V0)为98％；其中棱片状颗粒的长度为1.3μm，宽度为320nm；涂层中碳原子百分比为52.62％，钛原子百分比为47.38％；涂层的摩擦系数为0.20，平均磨损率为2.0×10-6mm3N-1m，均匀腐蚀速率为0.0023mm/a。
实施例5
方法同实施例1，不同点仅在于：步骤3中，沉积温度为1000℃。
结果表明，涂层显示棱片状结构，棱片状结构V1与所述涂层的体积V0之比(V1/V0)为97％；其中棱片状颗粒的长度为1.1μm，宽度为340nm；涂层中碳原子百分比为53.16％，钛原子百分比为46.84％；涂层的摩擦系数为0.22，平均磨损率为2.5×10-6mm3N-1m，均匀腐蚀速率为0.0028mm/a。
实施例6
方法同实施例1，不同点仅在于：辅助气体为氦气。
结果表明，涂层显示棱片状结构，棱片状结构V1与所述涂层的体积V0之比(V1/V0)为98％；其中棱片状颗粒的长度为1.4μm，宽度为310nm；涂层中碳原子百分比为54.63％，钛原子百分比为45.37％；涂层的摩擦系数为0.21，平均磨损率为2.3×10-6mm3N-1m，均匀腐蚀速率为0.0028mm/a。
实施例7
方法同实施例1，不同点仅在于：步骤3中，氮气流量为1500sccm。
结果表明，涂层显示棱片状结构，棱片状结构V1与所述涂层的体积V0之比(V1/V0)为98％；其中棱片状颗粒的长度为1.2μm，宽度为330nm；涂层中碳原子百分比为53.12％，钛原子百分比为46.88％；涂层的摩擦系数为0.22，平均磨损率为2.1×10-6mm3N-1m，均匀腐蚀速率为0.0025mm/a。
实施例8
方法同实施例1，不同点仅在于：步骤3中，氢气流量为1500sccm。
结果表明，涂层显示棱片状结构，棱片状结构V1与所述涂层的体积V0之比(V1/V0)为97％；其中棱片状颗粒的长度为1.5μm，宽度为340nm；涂层中碳原子百分比为54.43％，钛原子百分比为45.57％；涂层的摩擦系数为0.22，平均磨损率为2.3×10-6mm3N-1m，均匀腐蚀速率为0.0028mm/a。
对比例1-6
制备复合于L360QS不锈钢表面氮化钛晶体涂层：
按照与实施例1相似的方法制备，区别在于如表1中涂层制备过程中的参数的变化，制备对比例1-6所述的氮化钛晶体涂层，并对涂层的晶粒形貌、晶粒大小、元素百分比进行表征，并同时按照与实施例1相同的抗H2S腐蚀性能测试、摩擦性能测试和磨损性能测试方法进行均匀腐蚀速率、摩擦系数和平均磨损率的测定。
其中，对比例1获得的复合于L360QS不锈钢表面氮化钛晶体涂层的SEM图如图6所示。从图6可以看出，对比例1制备的碳化钛晶体涂层的晶粒呈块状+锥状形貌，颗粒尺寸为400-1000nm。
表1对比例1-6制备的复合于L360QS不锈钢表面氮化钛晶体涂层的表征和性能测试
Figure BDA0003060679470000131
实施例1-8和对比例1-6进行比较
对实施例1和对比例1-6制备的涂层进行均匀腐蚀速率、摩擦性能和磨损性能比较，比较结果见图7和图8。
从图7和图8可以看出，实施例1制备的复合于L360QS不锈钢表面抗H2S腐蚀的氮化钛耐磨涂层的均匀腐蚀速率明显小于对比例1-6制备的氮化钛晶体涂层(如对比例4中，均匀腐蚀速率为0.0265mm/a)；实施例1制备复合于L360QS不锈钢表面抗H2S腐蚀的氮化钛耐磨涂层的摩擦系数为0.16，明显小于对比例1-6制备的氮化钛晶体涂层(如对比例6摩擦系数可达0.36)。实施例1制备的复合于L360QS不锈钢表面抗H2S腐蚀的氮化钛耐磨涂层的平均磨损率为1.9×10-6mm3N-1m-1，明显小于对比例1-6(如对比例4中，平均磨损率为7.5×10- 6mm3N-1m)，因此，与对比例1-6相比，本发明实施例1制备的复合于L360QS不锈钢表面抗H2S腐蚀的氮化钛耐磨涂层具有优异的抗H2S腐蚀与耐磨性能。
实施例1-8的均匀腐蚀速率、摩擦系数和平均磨损率明显小于对比例1-6，表明实施例1-8制备的复合于L360QS不锈钢表面抗H2S腐蚀的氮化钛耐磨涂层具有优异的抗H2S腐蚀与耐磨性能。
面对油气田用碳钢类构件面临的高H2S腐蚀与磨损工况环境，本发明公开了一种兼具抗H2S腐蚀与良好耐磨性能的新型氮化钛涂层，从而克服现有涂层抗H2S腐蚀性能弱的缺点，提高H2S环境下油气田用碳钢类构件的抗腐蚀性能与耐磨性能，进而扩大氮化钛涂层的应用范围。

Claims (5)

1.一种抗腐蚀的氮化钛耐磨涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将基材在真空条件下进行预热，预热的温度为40-70℃；
步骤（1）中，在真空条件下通入第一辅助气体，第一辅助气体为氩气、氮气、氦气和氢气中的一种或多种；第一辅助气体的流量为500-1500sccm；
预热的升温速率为5-8℃/min；
真空条件下的真空度为≤0.1Mpa；
（2）通入氮源、钛源和第二辅助气体，在预热后的基材表面上进行化学气相沉积，得到沉积涂层；
其中，以5-8℃/min的速率加热至沉积温度，沉积温度为1015-1025℃，沉积时间为120-720min，沉积压力为0.04-0.08MPa；第二辅助气体的流量为1000-2000sccm；氮源为气体源，氮源的流量为800-1200sccm；
（3）对沉积涂层进行冷却，冷却具体为：
停止通入钛源，降温至800-900℃；
当降温至800-900℃时，停止通入氮源，继续降温；
当降温至200-400℃时，停止通入第二辅助气体，随后冷却至室温，得到所述抗腐蚀的氮化钛耐磨涂层；
所述抗腐蚀的氮化钛耐磨涂层中含有氮化钛晶粒，且氮化钛晶粒具有棱片状结构，氮化钛晶粒呈互相交织状；
所述抗腐蚀的氮化钛耐磨涂层中，按原子总数计，氮元素的原子百分比为40%-60%，钛元素的原子百分比为40%-60%；
摩擦系数为0.12-0.22，平均磨损率为1.0×10-6-2.0×10-6mm3N-1m-1，均匀腐蚀速率为0.0020mm/a；
氮化钛晶粒的长度为0.3-3µm，氮化钛晶粒宽度为200-500nm。
2.根据权利要求1所述的一种抗腐蚀的氮化钛耐磨涂层的制备方法，其特征在于，在步骤（1）之前，对基材进行预处理，预处理具体过程为：对基材依次进行打磨、喷砂、抛光、清洗和干燥。
3.根据权利要求1所述的一种抗腐蚀的氮化钛耐磨涂层的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，第二辅助气体为氩气、氮气、氦气和氢气中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种抗腐蚀的氮化钛耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述抗腐蚀的氮化钛耐磨涂层的厚度为5-30μm。
5.一种制品，其特征在于，所述制品含有权利要求1~4任意一项所述制备方法制备得到的抗腐蚀的氮化钛耐磨涂层。
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