用于紫铜表面的氮化钛/铜钛金属间化合物增强的涂层
阅读：137发布：2021-06-15
专利汇可以提供用于紫铜表面的氮化钛/铜钛金属间化合物增强的涂层专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种在紫 铜 表面上氮弧熔覆一层以氮化 钛 和铜钛金属间化合物为增强相的 耐磨涂层 材料，既避免采用整体 复合材料 替代紫铜时引起的导热 导电性 能下降，又增强表面的硬度及摩擦磨损性能，使材料的表面性能和整体导电导热性达到使用要求，可以用于紫铜构件的修复和再制造。采用钨极氮弧焊机，在紫铜表面预涂一定比例的钛粉、铜粉及 脱 氧 剂 粉末，在氮弧热源作用下，在紫铜表面反应生成氮化钛/铜钛金属间化合物增强的铜基复合材料涂层。通过调整铜钛粉末比例、氩氮气体比例，可以有效控制熔敷层内氮化钛的存在形式及数量、铜钛反应物的种类及数量，进而达到改变熔敷层硬度及调整 摩擦系数 的目的，以满足各种工况需求。，下面是用于紫铜表面的氮化钛/铜钛金属间化合物增强的涂层专利的具体信息内容。
1.一种用于紫铜表面的氮化钛/铜钛金属间化合物增强的铜基复合材料涂层的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
按照设定比例将铜粉和钛粉混匀，得到混合粉末，其中，所述混合粉末中的钛粉的含量为5～80wt％；
将所述混合粉末调制成糊状涂覆到表面预处理后紫铜试件，在紫铜试件表面形成预涂层；然后将脱氧剂粉末涂覆到所述预涂层表面并不断压实，压实后进行干燥处理；
将干燥处理后的紫铜试件进行氮弧熔覆，即得到紫铜试件表面具有氮化钛/铜钛金属间化合物增强的铜基复合材料涂层。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征是：当所述混合粉末中5％≤Ti≤10％时，最终制备得到的涂层含有以下物相：TiN和基体Cu；
当所述混合粉末中10％
45min；优选的，所述保护气氛为氩气；优选的，研磨时采用行星式球磨机。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述脱氧剂粉末为低碳锰铁粉和硅铁粉混合得到；优选的，所述低碳锰铁粉是由以下质量百分含量的元素组成：包括碳0.2％，锰
85％-92％，铁5％-13％，剩余为杂质；优选的，硅铁粉是由以下质量百分含量的元素组成：
硅74％-80％，铁14％-20％，剩余为杂质；优选的，所述脱氧剂粉末在保护气氛下进行研磨5～10min。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征是：采用松节油将所述混合粉末调制成糊状。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征是：紫铜试件表面预处理的过程包括：用砂纸去除紫铜试件表面氧化皮，并保证铜试件表面具有有效粗糙度，利用丙酮酒精溶液清洗打磨后的铜试件表面。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述干燥处理的过程包括：将压实后的紫铜试件自然阴干20～24小时后再将其置于100℃～150℃下真空干燥3～4小时；优选的，压实后的预涂层的厚度控制为0.5～2mm。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征是：氮弧熔覆工艺参数为：电流100～250A，电压20～25V，氮气/氩气混合气中氮气含量从20％到100％变化；优选的，氮弧熔覆工艺参数还包括：气体流量8～15L/min，氮气纯度99.9％，氩气纯度为99.99％，熔覆速度1～5mm/s，滞后停气5～10s。
9.采用权利要求1～8中任一项所述的方法制备得到的用于紫铜表面的氮化钛/铜钛金属间化合物增强的铜基复合材料涂层。
10.采用权利要求1～8中任一项所述的方法制备得到紫铜制品，其特征是：该紫铜制品包括紫铜试件以及包覆在所述紫铜试件表面的权利要求9所述的涂层。
用于紫铜表面的氮化钛/铜钛金属间化合物增强的涂层
技术领域
背景技术
[0002] 铜是与人类生产生活关系密切的金属，其在我国有色金属材料的消费中仅次于铝。铜及铜合金机械性能良好，且工艺性能优良，易于铸造、塑性加工等，更重要的是铜及铜合金有良好的耐蚀性、导热性、导电性、力学性能和适中的价格，所以它们能广泛的应用于电子电气、机械制造等工业领域。但是，铜在室温强度、高温性能以及磨损性能等诸多方面的不足限制了更广泛的应用。而随着现代航天航空、电子技术的快速发展，对铜的使用提出了更高的要求，即在保证铜的良好的导电、导热物理性能的基础上，要求铜具有高强度，尤其是良好的高温力学性能，并且要求材料有低的热膨胀系数和良好的摩擦磨损性能。
[0003] 铜基复合材料强度的提高往往伴随着导电和导热性的下降，如何解决这一矛盾，成为铜基复合材料研究中关键。在不降低铜及铜合金导电导热性能的前提下，以提高铜及铜合金的强度和耐磨性为目的，提出了如下的设计思路：通过N2-GTAC(Gas Tungsten Arc cladding)电弧熔覆的方式在铜及铜合金表面上原位生成一层以TiN和CuxTiy颗粒为增强相的铜基复合材料涂层，既避免采用整体复合材料替代铜及铜合金时引起的导热导电性能下降，又增强表面的硬度及摩擦磨损性能，使材料的表面性能和整体导电导热性达到使用要求。Ti2Cu、CuTi和Cu4Ti3作为铜钛合金反应的必然产物，属于硬脆相，可以起到强化铜基体的效果。TiN作为常用的增强颗粒材料，由于具有高熔点、高硬度、韧性好、高耐磨性、导电性好而引起了广泛关注。有许多学者已经利用各种熔敷技术，在钢、铝合金表面制备了TiN增强金属基复合熔覆层，如利用激光熔覆原位合成了TiN/Ti3Al基复合熔覆层；利用氩弧熔覆技术，以Ti，BN和Ni粉为原料，在Q345D钢表面制备了TiN增强Ni基复合熔覆层；利用粉末冶金法在铜基体上制备了TiN增强Cu基复合熔覆层。然而，在紫铜表面采用电弧熔敷的方法制备氮化钛、铜钛金属间化合物增强的复合材料熔覆层的研究未见报道。
发明内容
[0004] 本发明的目的提供一种紫铜表面上氮弧熔覆一层以TiN和CuxTiy为增强相的耐磨涂层材料，在保证构件整体导电导热性能的基础上解决紫铜构件表面力学性能特别是耐磨性差的问题，可以用于紫铜构件的修复和再制造。
[0005] 本发明采用的技术方案如下：
[0006] 本发明的第一个目的是提供一种用于紫铜表面的氮化钛/铜钛金属间化合物增强的铜基复合材料涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0007] 按照设定比例将铜粉和钛粉混匀，得到混合粉末；
[0009] 将干燥处理后的紫铜试件进行氮弧熔覆，即得到紫铜试件表面具有氮化钛/铜钛金属间化合物增强的铜基复合材料涂层。
[0010] 在紫铜制品的制备方法中，为了能够使得涂层的力学性能更加优异，所述铜粉的纯度不低于99.9％，粒径为100～400目；所述钛粉的纯度不低于99.99％，粒径为100～400目。
[0011] 从得到的涂层的力学性能来讲，所述混合粉末中的钛粉的含量为5～80wt％，剩余为铜粉。
[0013] 在紫铜制品的制备方法中，所述脱氧剂粉末的种类并没有特殊限定，主要作用是作为脱氧剂防止涂层被氧化。从被防止氧化的效果来看，本发明的脱氧剂粉末优选低碳锰铁粉和硅铁粉混合而得，优选质量比例为1：1。其中，所述低碳锰铁粉是由以下质量百分含量的元素组成：包括碳0.2％，锰85％-92％，铁5％-13％，剩余为杂质。所述低碳锰铁粉的粒径为40～200目。
[0014] 所述硅铁粉是由以下质量百分含量的元素组成：硅74％-80％，铁14％-20％，剩余为杂质。所述硅铁粉的粒径为40～200目。
[0015] 所述脱氧剂粉末包括碳0.1％，锰42.5％-46％，铁9.5％-16.5％，硅37％-40％，剩余为杂质，主要用来脱氧，防止涂层被氧化。
[0016] 为了使得低碳锰铁粉和硅铁粉混合更加均匀，所述脱氧剂粉末在保护气氛下进行研磨5～10min。所述保护气氛为氩气，研磨时采用行星式球磨机。
[0017] 本发明的技术人员可以根据实际情况选取铜钛混合粉末和脱氧粉末的用量。
[0018] 在紫铜制品的制备方法中，采用松节油将所述混合粉末调制成糊状。与其它粘结剂所制备的预涂层相比，松节油制备的预涂层在电弧熔覆过程中更加稳定，不易被电弧吹变形，经实验证明此实验工艺下不宜用其它粘结剂代替。
[0020] 为了较好地实施氮弧熔覆过程，所述干燥处理的过程包括：将压实后的紫铜试件自然阴干20～24小时后再将其置于100℃～150℃下真空干燥3～4小时，采用的干燥设备为真空干燥炉。
[0021] 为了得到力学性能优异的涂层，压实后的预涂层的厚度控制为0.5～2mm。
[0022] 在紫铜制品的制备方法中，从熔覆层的力学性能考虑，氮弧熔覆工艺参数优选为：电流100～250A，电压20～25V，氮气/氩气混合气中氮气含量从20％到100％变化，进一步包括：气体流量8～15L/min，氮气纯度99.9％，氩气纯度为99.99％，熔覆速度1～5mm/s，滞后停气5～10s。
[0023] 在氮弧热源作用下，采用直流钨极氮弧焊机，钨极作为阴极，紫铜表面预涂的混合金属粉末作为阳极，熔敷过程中，氮气被部分电离，电离后的氮离子与未被电离的氮气与溶化后的钛粉发生原位反应：2Ti+N2→2TiN；Ti+[N]→TiN。随着合金粉末中钛粉与铜粉的比例不同，依次会发生如下反应：βTi+L→Ti2Cu；L→Ti2Cu+TiCu；TiCu+L→Ti3Cu4。首先通过热力学计算可知[见附图1]，形成TiN所需的自由能低于铜钛金属间化合物，TiN优先于铜钛金属间化合物生成。其次，随着钛粉含量的增加，铜钛金属间化合物按照Ti2Cu、TiCu、Ti3Cu4依次生成，所以在熔敷过程中原位反应物生成顺序依次为TiN、TiN·Ti2Cu、Ti2Cu、TiCu、Ti3Cu4，控制钛粉含量可以控制涂层内部化合物的种类(详见实例部分)。由于反应产物的结构及力学性能不同，通过调整合金粉末的配比及熔敷厚度、熔敷参数等可以生成质量稳定、无缺陷的、硬度和表面耐磨性不同的铜基复合材料涂层，从而满足不同的使用工况。
[0024] 本发明的第二个目的是提供一种采用上述方法制备得到的用于紫铜表面的氮化钛/铜钛金属间化合物增强的铜基复合材料涂层。
[0025] 当所述混合粉末中5％≤Ti≤10％时，获得TiN/Cu复合材料熔覆层，即最终制备得到的涂层含有以下物相：TiN和基体Cu。
[0026] 当所述混合粉末中10％
[0027] 当所述混合粉末中20
[0028] 其中，(TiN·Ti2Cu)是Ti2Cu与TiN两相形成的晶内型复合强化组织。
[0029] 本发明的第三个目的是提供一种上述方法制备得到的紫铜制品，该紫铜制品包括紫铜试件以及包覆在所述紫铜试件表面的所述涂层。
[0030] 上述技术方案中的一个技术方案具有如下有益效果：
[0031] (1)本发明提供的氮弧熔覆氮化钛和铜钛金属间化合物增强铜基涂层的制备方法，在氮气保护下，采用常规氮弧熔覆工艺即可获得氮化钛和铜钛金属间化合物增强铜基涂层，在不大幅度降低导电性的基础上可有效解决铜构件耐磨性、硬度等表面力学性能差的缺点。
[0032] (2)氮弧熔覆过程中，氮气电离后的氮离子和未被电离的氮气与熔化后的钛原位制备氮化钛硬质相，同时熔化的钛与铜反应生成铜钛金属间化合物，形成以氮化钛和铜钛金属间化合物为增强相的耐磨涂层。硬质相均为原位生成，与基体呈冶金结合，可明显提高铜基体的表面耐磨性和硬度。
[0033] (3)通过调整铜钛粉末比例、氩氮气体比例，熔敷电流、铺粉厚度可以有效调整熔敷层内氮化钛的存在形式及数量、铜钛反应物的种类及数量，进而达到改变熔敷层硬度及调整摩擦系数的目的。
[0034] (4)随着Ti含量的增加，试样电阻率下降幅度不大，如Ti含量增加到70wt％时，带有熔覆层的试样电阻率达到紫铜的80％，可以满足各种工况需求。本发明提供的氮弧熔覆氮化钛和铜钛金属间化合物增强铜基涂层的制备方法对改善铜表面耐磨性和硬度有很高实用价值。
附图说明
[0035] 图1：增强相反应自由能随温度变化曲线。
[0036] 图2：Ti含量变化时熔覆层熔深、熔宽及HAZ变化规律。
[0037] 图3a～图3d：不同Ti含量及N2比例熔敷层的物相分析；其中，图3a：10％Ti时的XRD图谱；图3b：20％Ti时的XRD图谱；图3c：70％Ti时的XRD图谱；图3d：80％N2时的XRD图谱。
[0038] 图4：Ti含量变化时熔敷层的微观组织形貌。
[0039] 图5：N2-Ar比例变化时熔覆层的微观组织形貌。
[0040] 图6：各个相显微硬度。
[0041] 图7：Ti含量变化时熔敷层的硬度分布规律。
[0042] 图8：N2-Ar配比变化时熔覆层的硬度分布规律。
[0043] 图9：Ti含量变化时熔敷层的摩擦系数。
[0044] 图10：N2-Ar配比变化时熔覆层的摩擦系数。
[0045] 图11：电阻率试样。
[0046] 图12：Ti含量变化时的电阻率。
具体实施方式
[0047] 实施例1
[0048] 预敷粉末中钛粉10％时，熔敷层是TiN和α-Cu两相：
[0049] 本实例在100mm×50mm×10mm的紫铜试件表面制备以TiN为增强相的耐磨涂层。
[0050] (1)将纯度为99.9％、150目的纯铜粉和纯度为99.99％、200目的钛粉按照9:1比例混合粉末，粉末总重5g，将混合后的粉末放置在有氩气气氛保护的行星式球磨机，进行30分钟的研磨，待用。
[0051] (2)将150目的低碳锰铁粉和150目的硅铁粉按照1:1比例混合，粉末总重2g，将混合后的粉末放置在有氩气气氛保护的行星式球磨机，进行10分钟的混粉，待用。所述低碳锰铁粉包括碳0.2％，锰85％-92％，铁5％-13％，剩余为杂质。所述硅铁粉包括硅74％-80％，铁14％-20％，剩余为杂质。
[0052] (3)用砂纸去除铜试件表面氧化皮，并保证铜试件表面具有大的粗糙度，利用丙酮酒精溶液清洗打磨后的铜试件表面。
[0053] (4)将(1)中研磨完成的混合粉末放到坩埚中，并加入松节油调制成糊状，涂敷到(3)中打磨并清洗完成后的铜试件表面得到预涂层，将(2)中混合完成的粉末涂敷到预涂层表层。此过程中不断压实并控制预涂层厚度为1.5mm。
[0054] (5)将涂敷后的试件自然阴干24小时后再将其放置在真空干燥炉中120℃下烘干4小时。
[0055] (6)利用Panasonic YC-500W型焊机进行熔覆实验，把焊枪固定在自动行走机构上，对铜试件进行氮弧熔覆实验，熔覆工艺参数：电流175A，电压20V，氩氮混合气体含量分别为20％、80％，流量10L/min，熔覆速度5mm/s，焊机滞后停气5s。
[0056] (7)将试件空冷至室温后，利用打磨机打磨后，利用电火花线切割机器并进行金相试样的制备，观察熔覆层金属微观组织(附图4)以及相组成(附图3a)，Ti含量为10％时，熔覆层金属包含TiN和α-Cu两相。
[0057] (8)测试熔覆层金属硬度并记录(附图7)，熔覆层平均硬度为170HV。
[0058] (9)利用多功能摩擦磨损试验机(UMT-3，美国CET公司)测试熔覆层的摩擦系数(附图9)，熔覆层摩擦系数为0.61，如图12所示，测得电阻率为340Ω·m左右，常温下20℃(采用测量整块材料的电阻率实验测量电阻率)测定，电阻率试样如图11所示，电阻率试样为6mm×6mm×60mm，其中，熔覆层为1mm×6mm×60mm。
[0059] 实施例2
[0060] 预敷粉末中钛粉20％时，熔敷层是Ti2Cu·TiN、TiN和α-Cu三相：
[0061] 本实例在100mm×50mm×10mm的紫铜试件表面制备Ti2Cu·TiN-TiN增强铜基耐磨涂层。
[0062] (1)将纯度为99.9％、150目的纯铜粉和纯度为99.99％、200目的钛粉按照8:2比例混合粉末，粉末总重5g，将混合后的粉末放置在有氩气气氛保护的行星式球磨机，进行35分钟的研磨，待用。
[0063] (2)将150目的低碳锰铁粉和150目的硅铁粉按照1:1比例混合，粉末总重2g，将混合后的粉末放置在有氩气气氛保护的行星式球磨机，进行10分钟的混粉，待用。所述低碳锰铁粉包括碳0.2％，锰85％-92％，铁5％-13％，剩余为杂质。所述硅铁粉包括硅74％-80％，铁14％-20％，剩余为杂质。
[0064] (3)用砂纸去除铜试件表面氧化皮，并保证铜试件表面具有大的粗糙度，利用丙酮酒精溶液清洗打磨后的铜试件表面。
[0065] (4)将(1)中研磨完成的混合粉末放到坩埚中，并加入松节油调制成糊状，涂敷到(3)中打磨并清洗完成后的铜试件表面得到预涂层，将(2)中混合完成的粉末涂敷到预涂层表层。此过程中不断压实并控制预涂层厚度为1.5mm。
[0066] (5)将涂敷后的试件自然阴干24小时后再将其放置在真空干燥炉中120℃下烘干4小时。
[0067] (6)利用Panasonic YC-500W型焊机进行熔覆实验，把焊枪固定在自动行走机构上，对铜试件进行氮弧熔覆实验，熔覆工艺参数：电流180A，电压20V，氩氮混合气体含量分别为20％、80％，流量10L/min，熔覆速度5mm/s，焊机滞后停气5s。
[0068] (7)将试件空冷至室温后，利用电火花线切割机器并进行金相试样的制备，观察熔覆层金属微观组织(附图4)以及相组成(附图3b)，Ti含量为20％时，熔覆层金属包含α-Cu、TiN和Ti2Cu·TiN三相。
[0069] (8)测试熔覆层金属硬度并记录(附图7)，熔覆层平均硬度为330HV。
[0070] (9)利用多功能摩擦磨损试验机(UMT-3，美国CET公司)测试熔覆层的摩擦系数，熔覆层摩擦系数为0.72。如图12所示，测得电阻率为328Ω·m左右，常温下20℃测定。
[0071] 实施例3
[0072] 预敷粉末中钛粉70％时，熔敷层是TiN、Ti2Cu·TiN、CuTi、Cu4Ti3四相和基体α-Cu。
[0073] 本实例在100mm×50mm×10mm的紫铜试件表面制备Ti2Cu·TiN、TiN和铜钛间化合物CuTi、Cu4Ti3增强铜基耐磨涂层。
[0074] (1)将纯度为99.9％、150目的纯铜粉和纯度为99.99％、200目的钛粉按照3:7比例混合粉末，粉末总重5g，将混合后的粉末放置在有氩气气氛保护的行星式球磨机，进行45分钟的研磨，待用。
[0075] (2)将纯度为90％、150目的低碳锰铁粉和纯度为75％、150目的硅铁粉按照1:1比例混合，粉末总重2g，将混合后的粉末放置在有氩气气氛保护的行星式球磨机，进行10分钟的混粉，待用。所述低碳锰铁粉包括碳0.2％，锰85％-92％，铁5％-13％，剩余为杂质。所述硅铁粉包括硅74％-80％，铁14％-20％，剩余为杂质。
[0076] (3)用砂纸去除铜试件表面氧化皮，并保证铜试件表面具有大的粗糙度，利用丙酮酒精溶液清洗打磨后的铜试件表面。
[0077] (4)将步骤(1)中研磨完成的混合粉末放到坩埚中，并加入松节油调制成糊状，涂敷到(3)中打磨并清洗完成后的铜试件表面得到预涂层，将步骤(2)中混合完成的粉末涂敷到预涂层表层。此过程中不断压实并控制预涂层厚度为1.5mm。
[0078] (5)将涂敷后的试件自然阴干24小时后再将其放置在真空干燥炉中120℃下烘干4小时。
[0079] (6)利用Panasonic YC-500W型焊机进行熔覆实验，把焊枪固定在自动行走机构上，对铜试件进行氮弧熔覆实验，熔覆工艺参数：电流200A，电压21V，氩氮混合气体含量分别为20％、80％，流量10L/min，熔覆速度4mm/s，焊机滞后停气10s。
[0080] (7)将试件空冷至室温后，利用电火花线切割机器并进行金相试样的制备，观察熔覆层金属微观组织(附图4)以及相组成(附图3c)，Ti含量为70％时，熔覆层金属包含TiN、Ti2Cu·TiN、CuTi、Cu4Ti3和α-Cu，另有部分Ti氧化而形成的TiO2。
[0081] (8)测试熔覆层金属硬度并记录(附图7)，熔覆层平均硬度为400HV。
[0082] (9)利用多功能摩擦磨损试验机(UMT-3，美国CET公司)测试熔覆层的摩擦系数(附图9)，熔覆层摩擦系数为0.47。如图12所示，测得电阻率为298Ω·m左右，常温下20℃测定。
[0083] 实施例4
[0084] 氩氮混合气体含量分别为80％、20％时，预敷粉末中钛粉80wt％，生成少量氮化钛及铜钛金属间化合物，如图5所示：
[0085] 本实例在100mm×50mm×10mm的紫铜试件表面制备Ti2Cu·TiN、TiN和铜钛之间化合物CuTi、Cu4Ti3增强铜基耐磨涂层。
[0086] (1)将纯度为99.9％、150目的纯铜粉和纯度为99.99％、200目的钛粉按照2:8比例混合粉末，粉末总重5g，将混合后的粉末放置在有氩气气氛保护的行星式球磨机，进行45分钟的研磨，待用。
[0087] (2)将150目的低碳锰铁粉(与实施例1中的成分相同)和150目的硅铁粉按照1:1(与实施例1中的成分相同)比例混合，粉末总重2g，将混合后的粉末放置在有氩气气氛保护的行星式球磨机，进行10分钟的混粉，待用。
[0088] (3)用砂纸去除铜试件表面氧化皮，并保证铜试件表面具有大的粗糙度，利用丙酮酒精溶液清洗打磨后的铜试件表面。
[0089] (4)将步骤(1)中的混合粉末倒入坩埚中，并加入松节油调制成糊状，涂敷到(3)中打磨并清洗完成后的铜试件表面得到预涂层，将(2)中混合完成的粉末涂敷到预涂层表层。此过程中不断压实并控制预涂层厚度为1.5mm。
[0090] (5)将涂敷后的试件自然阴干24小时后再将其放置在真空干燥炉中120℃下烘干4小时。
[0091] (6)利用Panasonic YC-500W型焊机进行熔覆实验，把焊枪固定在自动行走机构上，对铜试件进行氮弧熔覆实验，熔覆工艺参数：电流230A，电压22V，氮气/氩气分别为80％、20％，熔覆速度4mm/s，焊机滞后停气10s。
[0092] (7)将试件空冷至室温后，利用电火花线切割机器并进行金相试样的制备，观察熔覆层金属微观组织(附图5)，20％N2比例时，熔覆层中增强相较少，熔覆层金属包含TiN、Ti2Cu·TiN、CuTi、Cu4Ti3和α-Cu。
[0093] (8)测试熔覆层金属硬度并记录(附图8)，熔覆层平均硬度为310HV。
[0094] (9)利用多功能摩擦磨损试验机(UMT-3，美国CET公司)测试熔覆层的摩擦系数(附图10)，熔覆层摩擦系数为0.56。
[0095] 实施例5
[0096] 氩氮混合气体含量分别为20％、80％时，预敷粉末中钛粉80wt％，生成大量氮化钛及铜钛金属间化合物如图5所示：
[0097] 本实例在100mm×50mm×10mm的紫铜试件表面制备Ti2Cu·TiN、TiN和铜钛之间化合物CuTi、Cu4Ti3增强铜基耐磨涂层。
[0098] (1)将纯度为99.9％、150目的纯铜粉和纯度为99.99％、200目的钛粉按照2:8比例混合粉末，粉末总重5g，将混合后的粉末放置在有氩气气氛保护的行星式球磨机，进行45分钟的研磨，待用。
[0099] (2)将150目的低碳锰铁粉(与实施例1中的成分相同)和150目的硅铁粉(与实施例1中的成分相同)按照1:1比例混合，粉末总重2g，将混合后的粉末放置在有氩气气氛保护的行星式球磨机，进行10分钟的混粉，待用。
[0100] (3)用砂纸去除铜试件表面氧化皮，并保证铜试件表面具有大的粗糙度，利用丙酮酒精溶液清洗打磨后的铜试件表面。
[0101] (4)将步骤(1)中的混合粉末倒入坩埚中，并加入松节油调制成糊状，涂敷到(3)中打磨并清洗完成后的铜试件表面得到预涂层，将步骤(2)中混合完成的粉末涂敷到预涂层表层。此过程中不断压实并控制预涂层厚度为1.5mm。
[0102] (5)将涂敷后的试件自然阴干24小时后再将其放置在真空干燥炉中120℃下烘干4小时。
[0103] (6)利用Panasonic YC-500W型焊机进行熔覆实验，把焊枪固定在自动行走机构上，对铜试件进行氮弧熔覆实验，熔覆工艺参数：电流230A，电压22V，氮气/氩气分别为80％、20％，熔覆速度4mm/s，焊机滞后停气10s。
[0104] (7)将试件空冷至室温后，利用电火花线切割机器并进行金相试样的制备，观察熔覆层金属微观组织(附图5)以及相组成(附图3d)，20％N2比例时，熔覆层中增强相较多，熔覆层金属包含TiN、Ti2Cu·TiN、CuTi、Cu4Ti3和α-Cu，另有部分Ti氧化而形成的TiO2。
[0105] (8)测试熔覆层金属硬度并记录(附图8)，熔覆层平均硬度为510HV。
[0106] (9)利用多功能摩擦磨损试验机(UMT-3，美国CET公司)测试熔覆层的摩擦系数(附图10)，熔覆层摩擦系数为0.53。
[0107] 实施例6
[0108] 与实施例1区别在于：步骤(1)中将钛粉的含量调整为5％，剩余为铜粉，熔覆层包括α-Cu和TiN两相，熔覆层的硬度为180HV，熔覆层的摩擦系数为0.68。其他操作和工艺参数与实施例1相同。
[0109] 实施例7
[0110] 与实施例1区别在于：步骤(1)中将钛粉的含量调整为15％，剩余为铜粉，熔覆层包括α-Cu、TiN和(TiN·Ti2Cu)三相，熔覆层的硬度为250HV，熔覆层的摩擦系数为0.65～0.66。其他操作和工艺参数与实施例1相同。
[0111] 实施例8
[0112] 与实施例1区别在于：步骤(1)中将钛粉的含量调整为50％，剩余为铜粉，熔覆层包括TiN、Ti2Cu·TiN、CuTi、Cu4Ti3和α-Cu，熔覆层的硬度为380HV，熔覆层的摩擦系数为0.47。其他操作和工艺参数与实施例1相同。
[0113] 实施例9
[0114] 与实施例1区别在于：步骤(1)中将钛粉的含量调整为60％，剩余为铜粉，熔覆层包括TiN、Ti2Cu·TiN、CuTi、Cu4Ti3和α-Cu，熔覆层的硬度为390HV，熔覆层的摩擦系数为0.47。其他操作和工艺参数与实施例1相同。
[0115] 实施例10
[0116] 与实施例4的区别在于：步骤(7)中氮气的体积比例为40％，氩气的体积比例为60％。熔覆层平均硬度如图8所示，为350HV。如附图10，熔覆层的摩擦系数为0.52。其他操作和工艺参数与实施例4相同。
[0117] 实施例11
[0118] 与实施例4的区别在于：步骤(7)中氮气的体积比例为60％，氩气的体积比例为40％。其硬度如图8所示，为445HV。如附图10，熔覆层的摩擦系数为0.5。其他操作和工艺参数与实施例4相同。
[0119] 附图2表明不同Ti含量配比时，涂层熔深、熔宽及HAZ的变化规律，这主要是由不同Ti含量配比时，所熔覆粉末导热系数的不同而引起。
[0120] 附图4表明随着Ti含量的增加，涂层内部生成的增强相TiN、Ti2Cu·TiN依次出现，且数量增多，体积增大。
[0121] 附图5表明预敷粉末中钛粉80wt％时，氩氮混合保护气中N2比例变化时，引起增强相的数量及形态发生变化。如20％N2比例时增强相数量较少，树枝晶细小，80％N2比例时增强相大面积生成，且树枝晶粗大。
[0122] 附图6表明同一Ti含量时，不同相之间硬度相差很大，TiN相硬度最高(400HV左右)，Ti2Cu·TiN相硬度(270HV左右)，α-Cu相硬度最低(170HV)。同一相在不同Ti含量时，硬度相差并不大。
[0123] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
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