一种碳氮化钛涂层的制备方法 |
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| 申请号 | CN201610411125.2 | 申请日 | 2016-06-13 | 公开(公告)号 | CN107488850A | 公开(公告)日 | 2017-12-19 |
| 申请人 | 沈阳科蓝纳米涂层技术有限公司; | 发明人 | 马景元; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种 碳 氮化 钛 涂层的制备方法，涉及一种金属涂层制备技术领域。该发明包括以下步骤：备料：打磨：清洗：预涂：干燥：高温扩散。本发明方法简单，成本低，提高了碳氮化钛增强钛基复合涂层的制备效率，从根本上解决了 等离子体 化学气相沉积 、中温化学气相沉积、空心 阴极 离子 镀 、离子束辅助沉积、粉末 冶金 真空 烧结 、 激光熔覆 等方法存在的问题，开辟了碳氮化钛增强钛基复合涂层制备的新途径。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种碳氮化钛涂层的制备方法，其特征在于，高温温度为700-1100℃；高压氮气气氛为纯度＞99.9wt％的高纯氮气，气体压强为0.01-0.5MPa；包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种碳氮化钛涂层的制备方法技术领域[0001] 本发明涉及一种金属涂层制备技术领域，特别是涉及一种碳氮化钛涂层的制备方法。 背景技术[0002] 钛及其合金因其轻质、较高的机械性能和优良的耐蚀性，在化学工业、能源、航空、医学等领域得到广泛应用。但钛及其合金硬度低、耐磨性差，限制了其更加广泛的应用，因此有必要提高钛及其合金表面的耐磨性。碳氮化钛是一种性能优良、用途广泛的非氧化物材料，也是一种性能优异的涂层材料，它兼有氮化钛和碳化钛的特性和优点。与碳化钛相比，碳氮化钛的塑性、耐磨性更优异；与氮化钛相比，碳氮化钛具有更好的抗粘着磨损和抗磨粒磨损性能、更低的摩擦因数。目前，碳氮化钛增强金属基复合涂层的等离子体化学气相沉积、中温化学气相沉积、空心阴极离子镀、离子束辅助沉积、粉末冶金真空烧结、激光熔覆等制备技术得到了广泛的应用和研究。分析上述方法，会发现它们一般都具有设备价格昂贵，工艺复杂，制备的涂层薄，涂层制备效率低、生产成本高等一种或几种缺点，因此限制了其在工业生产中的普遍应用。 发明内容[0003] 针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种碳氮化钛涂层的制备方法，使其方法简单，成本低，提高了碳氮化钛增强钛基复合涂层的制备效率，从根本上解决了等离子体化学气相沉积、中温化学气相沉积、空心阴极离子镀、离子束辅助沉积、粉末冶金真空烧结、激光熔覆等方法存在的问题，开辟了碳氮化钛增强钛基复合涂层制备的新途径。 [0004] 为了解决上述问题，本发明提供一种碳氮化钛涂层的制备方法，其中，高温温度为700-1100℃；高压氮气气氛为纯度＞99.9wt％的高纯氮气，气体压强为0.01-0.5MPa；包括以下步骤： [0005] S10、备料：将纯度为99.1％-99.6％、100-800目的钛铁粉和粒度100-800目、含碳99.9％-99.99％的高纯石墨粉混合配成粉末，然后将上述粉末在氩气的保护下进行研磨，使之混合均匀，备用； [0006] S20、打磨：用砂纸打磨试件表面直到出现金属光泽，彻底去除试件表面的氧化皮、锈蚀及其它污染物； [0007] S30、清洗：用丙酮酒精溶液清洗打磨后的试件表面，彻底去除试件表面的油污； [0009] S50、干燥：将涂覆好石墨的试件自然阴干24-30小时后再将其放置在真空干燥箱中100-150℃下烘干2-3小时； [0010] S60、高温扩散：用于互扩散的高温温度为700-1100℃；高压氮气气氛为纯度＞99.9wt％的高纯氮气，气体压强为0.01-0.5MPa；氮气流量为250sccm，那么乙炔流量为248- 249sccm，膜层颜色为灰色。 [0011] 优选的，在所述步骤S40中，预先对金属工件表面进行清洗并涂敷2-8微米钛粉末层或者钛涂层： [0012] S401、Ti粉末层为Ti粉末混酒精预涂在金属工件表面，然后采用模具将其压实；所采用的混料粘结用酒精为分析纯，加入比例为Ti粉末质量的1-20％；预涂钛粉末层采用刷涂或喷涂方式，压实前预涂厚度为0.05-0.5mm；所采用得模具压实压力为0.1-2MPa，压实后钛粉末层厚度为2-8微米； [0014] 与现有技术相比，本发明具有以下优点： [0015] 本发明方法简单，成本低，提高了碳氮化钛增强钛基复合涂层的制备效率，从根本上解决了等离子体化学气相沉积、中温化学气相沉积、空心阴极离子镀、离子束辅助沉积、粉末冶金真空烧结、激光熔覆等方法存在的问题，开辟了碳氮化钛增强钛基复合涂层制备的新途径。 具体实施方式[0016] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实例对本发明作进一步详细说明，但所举实例不作为对本发明的限定。 [0017] 本发明的实施例中，高温温度为700-1100℃；高压氮气气氛为纯度＞99.9wt％的高纯氮气，气体压强为0.01-0.5MPa；包括以下步骤： [0018] S10、备料：将纯度为99.1％-99.6％、100-800目的钛铁粉和粒度100-800目、含碳99.9％-99.99％的高纯石墨粉混合配成粉末，然后将上述粉末在氩气的保护下进行研磨，使之混合均匀，备用； [0019] S20、打磨：用砂纸打磨试件表面直到出现金属光泽，彻底去除试件表面的氧化皮、锈蚀及其它污染物； [0020] S30、清洗：用丙酮酒精溶液清洗打磨后的试件表面，彻底去除试件表面的油污； [0021] S40、预涂：将预先调制好的混合物涂覆在经打磨和清洗后的试件表面，涂覆厚度1.0-2.0mm，涂覆过程中不断压实涂覆层； [0022] S50、干燥：将涂覆好石墨的试件自然阴干24-30小时后再将其放置在真空干燥箱中100-150℃下烘干2-3小时； [0023] S60、高温扩散：用于互扩散的高温温度为700-1100℃；高压氮气气氛为纯度＞99.9wt％的高纯氮气，气体压强为0.01-0.5MPa；氮气流量为250sccm，那么乙炔流量为248- 249sccm，膜层颜色为灰色。 [0024] 优选的，在所述步骤S40中，预先对金属工件表面进行清洗并涂敷2-8微米钛粉末层或者钛涂层： [0025] S401、Ti粉末层为Ti粉末混酒精预涂在金属工件表面，然后采用模具将其压实；所采用的混料粘结用酒精为分析纯，加入比例为Ti粉末质量的1-20％；预涂钛粉末层采用刷涂或喷涂方式，压实前预涂厚度为0.05-0.5mm；所采用得模具压实压力为0.1-2MPa，压实后钛粉末层厚度为2-8微米； [0026] S402、Ti涂层为采用物理气相沉积方法获得，涂层厚度为2-8微米。 [0027] 沈阳科蓝纳米涂层技术有限公司经过反复试验，传统的碳氮化钛涂层工艺经过改良，使其膜层功能进一步提高。传统的碳氮化钛涂层最后一步工艺过程中乙炔流量一般为50sccm，膜层的颜色为淡紫色，膜层特点为硬度高，摩擦系数低。工艺试验中，增加乙炔流量，膜层中碳含量也会增加，膜层的润滑效果越好。 [0028] 但碳含量过高，涂层的致密性会下降，在丝锥攻丝过程中，表面膜层会较快受到磨损破坏，所以控制好工艺过程中的乙炔与氮气的比例非常关键，最佳的匹配为乙炔的流量比氮气的流量要少1-2sccm，举例：比如最后一步工艺过程中氮气流量为250sccm，那么乙炔流量为248-249sccm为最佳，膜层颜色为灰色。 [0029] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。 |
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