一種涂有TiN涂層的模具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種模具，其表面涂有TiN涂層，涂層的三強(qiáng)峰相為TiN相，還存在部分TiO、TiO2和Ti3O氧化物相；該涂層中存在明暗相層狀分布，在層狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部和層狀結(jié)構(gòu)結(jié)合處有少量孔隙；涂層與基體結(jié)合處無裂紋等微觀缺陷，結(jié)合良好。本發(fā)明采用超音速等離子噴涂TiN涂層，硬度較高，可以達(dá)到1210HV0.1，高的硬度可以提高涂層的耐磨性，涂層的斷裂韌性較大，可以提高涂層內(nèi)斷裂力學(xué)性能，延長涂層的疲勞壽命。
【專利說明】-種涂有TiN涂層的模具

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及材料技術(shù)研究領(lǐng)域，具體的涉及一種等離子涂層模具。

【背景技術(shù)】
[0002] TiN涂層具有低的摩擦系數(shù)和高的硬度，以及良好的耐腐蝕性被廣泛應(yīng)用為裝飾 涂層、耐磨涂層、耐腐蝕涂層。目前，許多研究者通過反應(yīng)熱噴涂、化學(xué)氣相沉積（CVD)、物理 氣相沉積（PVD)、電弧鍍、等技術(shù)制備了TiN涂層，并對涂層的沉積過程，顯微結(jié)構(gòu)和性能進(jìn) 行了研究。采用CVD、PVD等技術(shù)制備的TiN涂層厚度較薄，降低涂層的機(jī)械性能；而利用熱 噴涂反應(yīng)技術(shù)可以制備較厚的TiN涂層，但涂層內(nèi)含有較多的孔隙，脆性較大，涂層質(zhì)量不 易控制。采用等離子噴技術(shù)直接噴涂TiN粉末可以在短時間內(nèi)制備較厚的涂層，同時在噴 涂過程TiN發(fā)生氧化，產(chǎn)生Ti的氧化物相，可以提高涂層的韌性。
[0003] 等離子噴涂技術(shù)被廣泛應(yīng)用于制備金屬、陶瓷和復(fù)合涂層以抵抗磨損、腐蝕和高 溫。在噴涂過程中，易產(chǎn)生氧化物和孔隙等微觀缺陷，這是由于熔融顆粒在熔化和飛行以及 與基體表面接觸過程中與周圍介質(zhì)發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，使得噴涂材料出現(xiàn)氧化，而且還由于 熔融顆粒的陸續(xù)堆疊和部分顆粒的反彈散失，在顆粒之間不可避免的出現(xiàn)孔隙。涂層內(nèi)氧 化物含量和孔隙率等微觀缺陷是評判涂層質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)，有學(xué)者對等離子噴涂過程中氧 化物的控制和孔隙率對涂層性能的影響進(jìn)行了研究，通過控制合適的工藝參數(shù)能夠顯著改 善涂層的微觀結(jié)構(gòu)和性能。TiN高溫下易分解氧化，的活性較大，在等離子噴涂過程中與其 它介質(zhì)反應(yīng)生成Ti的氧化物，Ti的氧化物相相比TiN相硬度和強(qiáng)度較低，TiN涂層內(nèi)氧化 物含量直接影響了涂層性能。斷裂韌性是材料抵抗斷裂破壞的能力，采用壓痕法對涂層斷 裂韌性的測量已得到廣泛應(yīng)用，涂層硬度和斷裂韌性是涂層抵抗裂紋增殖和發(fā)生斷裂的主 要指標(biāo)，直接影響了涂層的服役性能和壽命。
[0004] 目前，許多研究者通過反應(yīng)熱噴涂、化學(xué)氣相沉積（CVD)、物理氣相沉積（PVD)、電 弧鍍、等技術(shù)制備了TiN涂層，并對涂層的沉積過程，顯微結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了研究。采用 CVD、PVD等技術(shù)制備的TiN涂層厚度較薄，降低涂層的機(jī)械性能；而利用熱噴涂反應(yīng)技術(shù)可 以制備較厚的TiN涂層，但涂層內(nèi)含有較多的孔隙，脆性較大，涂層質(zhì)量不易控制。而采用 等離子直接噴涂TiN粉末，即可以保證涂層的厚度，同時，TiN涂層內(nèi)Ti的氧化物相可以提 高涂層的韌性，從而得到韌性和硬度都較好的TiN涂層。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種涂有TiN涂層的模具。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了一種模具，其表面涂有TiN涂層，涂層的三 強(qiáng)峰相為TiN相，還存在部分TiO、Ti02和Ti30氧化物相；該涂層中存在明暗相層狀分布， 在層狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部和層狀結(jié)構(gòu)結(jié)合處有少量孔隙；涂層與基體結(jié)合處無裂紋等微觀缺陷，結(jié) 合良好。
[0007] 優(yōu)選地，所述TiN涂層是由TiN團(tuán)聚粉沫制備得到，該粉末包括原子分?jǐn)?shù)為 Ti-72%和N-28%，其團(tuán)聚后形成粒徑為40?80iim球狀團(tuán)聚體；
[0008] 優(yōu)選地，所述模具包括金屬件和非金屬件。
[0009] 優(yōu)選地，所述金屬件包括螺栓、齒輪、軸承、鉆頭套。
[0010] 進(jìn)一步地，本發(fā)明提供了一種軸承套，該軸承套內(nèi)壁噴涂有TiN涂層。
[0011] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0012] 本發(fā)明直接對TiN粉末進(jìn)行噴涂，可以再零件表面直接制備耐磨陶瓷涂層，涂層 中Ti氧化物的出現(xiàn)，提高了涂層的韌性。直接噴涂TiN涂層可以避免傳統(tǒng)的采用反應(yīng)噴涂 TiN層較大的脆性和工藝復(fù)雜，需要較多的人力和物力資源。
[0013] 本發(fā)明采用超音速噴涂TiN涂層，涂層較致密，有少量空隙，與基體結(jié)合良好，厚 度約200ym，采用壓痕法測量涂層斷裂韌性為

【權(quán)利要求】
1. 一種模具，其特征在于，其表面涂有TiN涂層，涂層的三強(qiáng)峰相為TiN相，還存在部分 TiO、Ti02和Ti30氧化物相；該涂層中存在明暗相層狀分布，在層狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部和層狀結(jié)構(gòu)結(jié) 合處有少量孔隙；涂層與基體結(jié)合處無裂紋等微觀缺陷，結(jié)合良好。
2. 如權(quán)利要求1所述的模具，其特征在于，所述TiN涂層是由TiN團(tuán)聚粉沫制備得到， 該粉末包括原子分?jǐn)?shù)為Ti-72%和N-28%，其團(tuán)聚后形成粒徑為40?80iim球狀團(tuán)聚體。
3. 如權(quán)利要求1所述的模具，其特征在于，所述模具包括金屬件和非金屬件。
4. 如權(quán)利要求3所述的模具，其特征在于，所述金屬件包括螺栓、齒輪、軸承、鉆頭套。
5. -種軸承套，其特征在于，該軸承套內(nèi)壁噴涂有TiN涂層。
【文檔編號】C23C4/12GK104342613SQ201410539532
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月13日
【發(fā)明者】王海斗, 邢志國, 崔華威, 金國 申請人:中國人民解放軍裝甲兵工程學(xué)院