[发明专利]一种碳氮化钛涂层的制备方法

说明书

技术领域

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

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

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。

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：

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；

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；

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；

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；

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；

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。

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：

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；

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。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

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

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。

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：

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；

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；

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；