等離子滲鍍TiN工藝及性能的研究.pdf

1、TiN作為新型陶瓷材料,具有密度小、硬度大、導電性能好、抗磨損、抗氧化和耐腐蝕等許多優(yōu)異性能,十分適合做刀具、模具和軸承的表面涂層材料。因此,TiN硬質(zhì)涂層的制備倍受研究者的關注。采用雙層輝光等離子表面合金化技術,在Q235鋼表面前期進行等離子滲Ti,形成數(shù)十微米鈦固溶體擴散層,后期通入氮氣合成TiN,一次直接形成TiN滲鍍層,并對其進行了表面金相組織觀察,及掃描電鏡(SEM)、能譜成分、表面顯微硬度、X射線衍射(XRD)分析。找到了滲

2、鍍TiN時滲鈦階段和合成階段的最佳工藝參數(shù),獲得了各工藝參數(shù)控制條件下TiN滲鍍層相結構、表面形貌、表面成分、外觀、顯微硬度的變化規(guī)律。對該TiN滲鍍層試樣、未處理的Q235鋼試樣、T10淬火+回火試樣和3Cr13滲氮試樣在相同的條件下進行了耐磨性試驗;將該滲鍍層試樣與未處理的Q235鋼和1Crl8Ni9Ti不銹鋼試樣在l mol/L H2SO4溶液、3.5％的NaCl溶液和4%的NaOH溶液中,分別進行了電化學腐蝕對比試驗。研究結果如

3、下:
　　(1)采用雙層輝光等離子滲鍍TiN技術,可在Q235鋼表面得到TiN滲鍍層。確定了雙輝等離子合成TiN滲鍍層的最佳工藝參數(shù)為:
　　滲Ti階段的工藝參數(shù)為:極限真空度1~3Pa;工作氣體Ar;工作氣壓25~35 Pa;源極電壓–1000V左右;試樣電壓–600V左右;試樣保溫溫度1050℃;時間2h。
　　合成階段的工藝參數(shù)為:工作氣體Ar和N2;工作氣壓25~35 Pa;源極電壓–1000V左右;試樣電壓–

4、400V左右;試樣保溫溫度1050℃;時間2 h;Ar/N2流量比為8:1。
　　(2)隨著TiN滲鍍層厚度增加,滲鍍層逐步由{100}擇優(yōu)取向生長轉(zhuǎn)化為{111}擇優(yōu)取向生長,擬得到具有較高硬度和較好耐磨性的TiN滲鍍層,須獲得具有{111}擇優(yōu)取向的TiN相。
　　(3)隨著TiN滲鍍層厚度增加,表面“胞狀”組織形貌愈加明顯,且向外“突起”趨勢增強。當TiN滲鍍層表面形貌呈均勻致密的“胞狀”組織時,硬度較高,外觀也比較均

5、勻光滑,無脫落現(xiàn)象。
　　(4)源極電壓、滲鈦階段試樣電壓、合成階段試樣電壓、合成階段保溫時間對TiN滲鍍層表面Ti、N原子個數(shù)比的影響并不大,工作氣壓、保溫溫度和Ar/N2流量比對其影響比較大。隨著工作氣壓的升高,Ti、N原子個數(shù)比逐漸增大;保溫溫度越高,TiN滲鍍層表面Ti、N原子個數(shù)比越大;Ar/N2流量比為8:1時,Ti、N原子個數(shù)比最接近1:1,表面Ti、N原子個數(shù)比越接近1:1,TiN滲鍍層性能越好。
　　(5)

6、當TiN滲鍍層較薄時,表面顏色趨向于淡黃色。當選取本文最佳工藝時, TiN滲鍍層為金黃色且無脫落。TiN滲鍍層表面顏色隨著各種參數(shù)的不同而變化,其實質(zhì)是因為相的含量不同,金黃色的TiN滲鍍層含有的ε-TiN相最多,顯微硬度最高。
　　(6)TiN滲鍍層厚度對滲鍍層的相結構、表面形貌、表面成份、外觀和硬度等方面都有較大的影響,TiN滲鍍層過厚或過薄都不利于得到最佳的滲鍍層。
　　(7)TiN滲鍍層表面形貌為“胞狀”組織,顆粒致

7、密均勻,表面為金黃色,表面平均顯微硬度達到3120HV。TiN滲鍍層由TiN顆粒均勻分布的擴散層及表面TiN沉積層組成。TiN滲鍍層中成分、硬度和結構均呈梯度分布。滲鍍層厚度達到了16μm,與基體形成固態(tài)冶金層,結合強度高。
　　(8)在相同磨損條件下,TiN滲鍍層相對磨損速度最小,耐磨性較未處理的Q235鋼試樣提高7.81倍;較T10鋼淬火+回火試樣提高5.625倍;較3Cr13不銹鋼滲氮試樣提高7倍。隨砂粒度增加,TiN滲鍍層

8、相對磨損速度增大;載荷越大,TiN滲鍍層磨損質(zhì)量損失越多,相對磨損速度越大。滲鍍層的磨損失效形式主要是碎裂與剝落,顯微切削是輕微的,基本無塑性變形。隨著砂粒度增加,碎裂與剝落的程度逐漸加深。在本文試驗條件下,TiN滲鍍層的磨損機理主要為應力疲勞。
　　(9)在l mol/L H2SO4溶液中, TiN滲鍍層耐腐蝕性能比未處理的Q235鋼提高了11.5倍,比1Crl8Ni9Ti不銹鋼提高了2.65倍;在3.5%的NaCl溶液中,Ti