專利名稱：以TiO₂、碳酸銨和N₂氣體為組元的離子弧誘導(dǎo)金屬表層復(fù)合TiN強(qiáng)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬表面強(qiáng)化處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氮化鈦(TiN)是一種非計(jì)量化合物，同時(shí)具有金屬晶體和共價(jià)晶體的特點(diǎn)，熔點(diǎn)高達(dá)2955°C。作為表面涂層，TiN具有高硬度、耐磨損、耐高溫、抗熱震、摩擦系數(shù)低等優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，是目前研究和應(yīng)用最為廣泛的薄膜材料之一。TiN作為涂層成功地應(yīng)用于刀具、鉆頭等工具上，被認(rèn)為是金屬切削刀具技術(shù)發(fā)展史上的一次革命。TiN涂層的制備技術(shù)目前主要是物理氣相沉積(PVD)和化學(xué)氣相沉積(CVD)。PVD法形成溫度較低、涂層較薄，與基體的結(jié)合強(qiáng)度低，涂層易于從基底剝落，且繞鍍性較差。CVD法沉積溫度高，但超過了絕大多數(shù)常用刀具材料的熱處理溫度，因而可用來進(jìn)行鍍層的刀具材料種類極為有限；其次，CVD以氯化物為原料，需要一套提供制備含Ti鹵化物氣體的設(shè)備，工藝復(fù)雜，成本較高，與目前提倡的綠色工業(yè)相抵觸。不論是PVD法還是CVD法，所獲得的TiN涂層都較薄，厚度只有幾個微米(μ m)，并且涂層與基體是機(jī)械結(jié)合，結(jié)合面強(qiáng)度低，使用中涂層易發(fā)生剝落。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在提供一種可提高金屬表面強(qiáng)度的以TiO2、碳酸銨和N2氣體為組元的離子弧誘導(dǎo)金屬表層復(fù)合TiN強(qiáng)化方法。本發(fā)明技術(shù)方案是在金屬表面敷以TiO2與碳酸銨的混合粉末,在N2氣體氛圍下,用等離子弧在敷TiO2與碳酸銨的混合粉末的金屬表面進(jìn)行掃描。通過以上方法可以在金屬表層原位復(fù)合生成TiN，實(shí)現(xiàn)對金屬表面的強(qiáng)化與提高耐磨性。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、TiN是在金屬表層原位復(fù)合生成，而不是在表面沉積，因此不存在涂層與基體的結(jié)合力問題；
2、原位復(fù)合有TiN的金屬表層厚度可達(dá)500至600微米，顯微硬度可達(dá)HV1700至HV1800以上，因此即使表面在使用過程中有微磨損，仍然具有很好的硬度和耐磨性；
3、反應(yīng)組元為TiO2、碳酸銨和N2氣體，以等離子弧為能量源，不會對環(huán)境造成任何污染，是一種環(huán)保的金屬表面強(qiáng)化與耐磨方法。另外，本發(fā)明所述TiO2為工業(yè)純TiO2，所述TiO2與碳酸銨的混合質(zhì)量比為7:3。在金屬表面涂敷的所述TiO2與碳酸銨的混合粉末的厚度為I. 5 2毫米。所述N2氣體流量為8 12L/min。所述等離子弧的掃描速度為400 600mm/min，等離子弧的電流為30 55A。所述等離子弧的流量為14 18L/min。
具體實(shí)施例方式一、對Q235A、20鋼、40鋼、45鋼、20G、20Mn、40Mn和60Mn碳素結(jié)構(gòu)鋼分別進(jìn)行表面
處理
、1、在碳素結(jié)構(gòu)鋼表面敷以工業(yè)純TiO2與碳酸銨((NH3)2C03)混合粉末，其質(zhì)量比為7:3，厚度為I. 5毫米；
2、隨等離子弧移動,通以氮?dú)?氮?dú)饬髁繛?L/min;
3、等離子弧以400mm/min速度進(jìn)行掃描，等離子弧電流為45A;等離子弧以氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣和等離子氣源，流量為16 L/min。4、檢測結(jié)果
在碳素結(jié)構(gòu)鋼表層原位復(fù)合生成厚度可達(dá)500微米的TiN層，顯微硬度可達(dá)HV1700。二、對20MnV、40Cr、35CrMoV和20CrMnSi合金結(jié)構(gòu)鋼分別進(jìn)行表面處理
1、在合金結(jié)構(gòu)鋼表面敷以工業(yè)純TiO2與碳酸銨((NH3)2C03)混合粉末，其質(zhì)量比為7:3，厚度為I. 5毫米；
2、隨等離子弧移動,通以氮?dú)?氮?dú)饬髁繛?L/min;
3、等離子弧以400mm/min速度進(jìn)行掃描，等離子弧電流為30A;等離子弧以氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣和等離子氣源，流量為14 L/min。4、檢測結(jié)果
在合金結(jié)構(gòu)鋼表層原位復(fù)合生成厚度可達(dá)500微米的TiN層，顯微硬度可達(dá)HV1750。三、對65Mn、60Si2Mn和50CrVA彈簧鋼分別進(jìn)行表面處理
1、在彈簧鋼表面敷以工業(yè)純TiO2與碳酸銨((NH3)2CO3)混合粉末，其質(zhì)量比為7:3，厚度為2毫米；
2、隨等離子弧移動,通以氮?dú)?氮?dú)饬髁繛?2L/min;
3、等離子弧以600mm/min速度進(jìn)行掃描，等離子弧電流為40A;等離子弧以氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣和等離子氣源，流量為16 L/min。4、檢測結(jié)果
在彈簧鋼表層原位復(fù)合生成厚度可達(dá)500微米的TiN層，顯微硬度可達(dá)HV1800。四、對了84、了9八、1'1(^、1'1認(rèn)、95丨0、01210￥和3Cr2Mo工具鋼分別進(jìn)行表面處理
1、在工具鋼表面敷以工業(yè)純TiO2與碳酸銨((NH3)2CO3)混合粉末，其質(zhì)量比為7:3，厚度為I. 5毫米；
2、隨等離子弧移動,通以氮?dú)?氮?dú)饬髁繛?L/min;
3、等離子弧以400mm/min速度進(jìn)行掃描，等離子弧電流為50A;等離子弧以氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣和等離子氣源，流量為17 L/min。4、檢測
在工具鋼表層原位復(fù)合生成厚度可達(dá)500微米的TiN層，顯微硬度可達(dá)HV1800。五、對W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2和W6Mo5Cr4V2Al高速鋼分別進(jìn)行表面處理
1、在高速鋼表面敷以工業(yè)純TiO2與碳酸銨((NH3)2CO3)混合粉末，其質(zhì)量比為7:3，厚度為I. 5毫米；
2、隨等離子弧移動,通以氮?dú)?氮?dú)饬髁繛?2L/min;CN 102978614 A
書
明
說
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3、等離子弧以500mm/min速度進(jìn)行掃描，等離子弧電流為55A ;等離子弧以氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣和等離子氣源，流量為18 L/min。4、檢測結(jié)果
在高速鋼表層原位復(fù)合生成厚度可達(dá)600微米的TiN層，顯微硬度可達(dá)HV1800。六、對YG3X、YG6X、YK15、YG20、YT15、YS25、YW1、YW2 和 YLlO 硬質(zhì)合金分別進(jìn)行表面處理
1、在硬質(zhì)合金表面敷以工業(yè)純TiO2與碳酸銨((NH3)2CO3)混合粉末，其質(zhì)量比為7:3，厚度為2毫米；
2、隨等離子弧移動,通以氮?dú)?氮?dú)饬髁繛?2L/min;
3、等離子弧以600mm/min速度進(jìn)行掃描，等離子弧電流為60A;等離子弧以氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣和等離子氣源，流量為18 L/min。 4、檢測結(jié)果
在硬質(zhì)合金表層原位復(fù)合生成厚度可達(dá)600微米的TiN層，顯微硬度可達(dá)HV1800。
權(quán)利要求
1.以TiO2、碳酸銨和N2氣體為組元的離子弧誘導(dǎo)金屬表層復(fù)合TiN強(qiáng)化方法，其特征在于在金屬表面敷以TiO2與碳酸銨的混合粉末，在N2氣體氛圍下，用等離子弧在敷TiO2與碳酸銨的混合粉末的金屬表面進(jìn)行掃描。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述以TiO2、碳酸銨和N2氣體為組元的離子弧誘導(dǎo)金屬表層復(fù)合TiN強(qiáng)化方法，其特征在于所述TiO2為工業(yè)純TiO2，所述TiO2與碳酸銨的混合質(zhì)量比為7:3。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述以TiO2、碳酸銨和N2氣體為組元的離子弧誘導(dǎo)金屬表層復(fù)合TiN強(qiáng)化方法，其特征在于在金屬表面涂敷的所述TiO2與碳酸銨的混合粉末的厚度為I.5 2暈米。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述以TiO2、碳酸銨和N2氣體為組元的離子弧誘導(dǎo)金屬表層復(fù)合TiN強(qiáng)化方法，其特征在于所述N2氣體流量為8 12L/min。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述以TiO2、碳酸銨和N2氣體為組元的離子弧誘導(dǎo)金屬表層復(fù)合TiN強(qiáng)化方法,其特征在于所述等離子弧的掃描速度為400 600mm/min,等離子弧的電流為30 55A。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述以TiO2、碳酸銨和N2氣體為組元的離子弧誘導(dǎo)金屬表層復(fù)合TiN強(qiáng)化方法，其特征在于所述等離子弧的流量為14 18L/min。
全文摘要
以TiO2、碳酸銨和N2氣體為組元的離子弧誘導(dǎo)金屬表層復(fù)合TiN強(qiáng)化方法，本發(fā)明涉及金屬表面強(qiáng)化處理技術(shù)領(lǐng)域。在金屬表面敷以TiO2與碳酸銨的混合粉末，在N2氣體氛圍下，用等離子弧在敷TiO2與碳酸銨的混合粉末的金屬表面進(jìn)行掃描。通過以上方法可以在金屬表層原位復(fù)合生成TiN，實(shí)現(xiàn)對金屬表面的強(qiáng)化與提高耐磨性。
文檔編號C23C24/10GK102978614SQ20121056533
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者王輝, 左健民, 肖圣亮, 張榮榮, 童涵 申請人:常州大學(xué)