[发明专利]一种涂有TiN涂层的模具

说明书

技术领域

本发明涉及材料技术研究领域，具体的涉及一种等离子涂层模具。

背景技术

TiN涂层具有低的摩擦系数和高的硬度，以及良好的耐腐蚀性被广泛应用为装饰涂层、耐磨涂层、耐腐蚀涂层。目前，许多研究者通过反应热喷涂、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、电弧镀、等技术制备了TiN涂层，并对涂层的沉积过程，显微结构和性能进行了研究。采用CVD、PVD等技术制备的TiN涂层厚度较薄，降低涂层的机械性能；而利用热喷涂反应技术可以制备较厚的TiN涂层，但涂层内含有较多的孔隙，脆性较大，涂层质量不易控制。采用等离子喷技术直接喷涂TiN粉末可以在短时间内制备较厚的涂层，同时在喷涂过程TiN发生氧化，产生Ti的氧化物相，可以提高涂层的韧性。

等离子喷涂技术被广泛应用于制备金属、陶瓷和复合涂层以抵抗磨损、腐蚀和高温。在喷涂过程中，易产生氧化物和孔隙等微观缺陷，这是由于熔融颗粒在熔化和飞行以及与基体表面接触过程中与周围介质发生了化学反应，使得喷涂材料出现氧化，而且还由于熔融颗粒的陆续堆叠和部分颗粒的反弹散失，在颗粒之间不可避免的出现孔隙。涂层内氧化物含量和孔隙率等微观缺陷是评判涂层质量的重要标准，有学者对等离子喷涂过程中氧化物的控制和孔隙率对涂层性能的影响进行了研究，通过控制合适的工艺参数能够显著改善涂层的微观结构和性能。TiN高温下易分解氧化，的活性较大，在等离子喷涂过程中与其它介质反应生成Ti的氧化物，Ti的氧化物相相比TiN相硬度和强度较低，TiN涂层内氧化物含量直接影响了涂层性能。断裂韧性是材料抵抗断裂破坏的能力，采用压痕法对涂层断裂韧性的测量已得到广泛应用，涂层硬度和断裂韧性是涂层抵抗裂纹增殖和发生断裂的主要指标，直接影响了涂层的服役性能和寿命。

目前，许多研究者通过反应热喷涂、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、电弧镀、等技术制备了TiN涂层，并对涂层的沉积过程，显微结构和性能进行了研究。采用CVD、PVD等技术制备的TiN涂层厚度较薄，降低涂层的机械性能；而利用热喷涂反应技术可以制备较厚的TiN涂层，但涂层内含有较多的孔隙，脆性较大，涂层质量不易控制。而采用等离子直接喷涂TiN粉末，即可以保证涂层的厚度，同时，TiN涂层内Ti的氧化物相可以提高涂层的韧性，从而得到韧性和硬度都较好的TiN涂层。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种涂有TiN涂层的模具。

为了实现本发明的目的，本发明提供了一种模具，其表面涂有TiN涂层，涂层的三强峰相为TiN相，还存在部分TiO、TiO2和Ti3O氧化物相；该涂层中存在明暗相层状分布，在层状结构内部和层状结构结合处有少量孔隙；涂层与基体结合处无裂纹等微观缺陷，结合良好。

优选地，所述TiN涂层是由TiN团聚粉沫制备得到，该粉末包括原子分数为Ti-72％和N-28％，其团聚后形成粒径为40～80μm球状团聚体；

优选地，所述模具包括金属件和非金属件。

优选地，所述金属件包括螺栓、齿轮、轴承、钻头套。

进一步地，本发明提供了一种轴承套，该轴承套内壁喷涂有TiN涂层。

本发明的有益效果如下：

本发明直接对TiN粉末进行喷涂，可以再零件表面直接制备耐磨陶瓷涂层，涂层中Ti氧化物的出现，提高了涂层的韧性。直接喷涂TiN涂层可以避免传统的采用反应喷涂TiN层较大的脆性和工艺复杂，需要较多的人力和物力资源。

本发明采用超音速喷涂TiN涂层，涂层较致密，有少量空隙，与基体结合良好，厚度约200μm，采用压痕法测量涂层断裂韧性为

本发明采用等离子喷涂TiN粉末制备的TiN涂层，该方法可以采用粉末直接喷涂，操作方便，易于推广，大大的节约了成本。

本发明采用超音速等离子喷涂TiN涂层，硬度较高，可以达到1210HV_0.1，高的硬度可以提高涂层的耐磨性，涂层的断裂韧性较大，可以提高涂层内断裂力学性能，延长涂层的疲劳寿命。

附图说明

图1本发明实施例1制得的TiN涂层；

图2涂层的XRD测试结果；

图3涂层的SEM扫描形貌；

图4涂层硬度测试结果；

图5断裂韧性测试压痕形貌；

图6不同孔隙率对涂层硬度的影响；

图7不同氧化物含量对涂层断裂韧性的影响。

具体实施方式