[发明专利]一种抗腐蚀的氮化钛耐磨涂层及其制备方法和包含该涂层的制品

说明书

本发明提供一种抗腐蚀的氮化钛耐磨涂层的制备方法：基材在真空条件下预热；通入氮源、钛源和第二辅助气体，在预热后的基材表面上进行化学气相沉积，得到沉积涂层；其中，以5‑8℃/min的速率加热至沉积温度，沉积温度为1010‑1025℃，沉积时间为120‑720min，沉积压力为0.04‑0.08MPa；第二辅助气体的流量为1000‑2000sccm；氮源为气体源，流量为800‑1200sccm；对沉积涂层进行冷却，冷却具体为：停止通入钛源，降温至800‑900℃；当降温至800‑900℃时，停止通入氮源，继续降温；当降温至200‑400℃时，停止通入第二辅助气体，随后冷却至室温，得到抗腐蚀的氮化钛耐磨涂层。该涂层具有棱片状结构，可以显著增强氮化钛涂层的抗Hsubgt;2/subgt;S腐蚀能力，增强涂层致密度与晶化程度。

技术领域

本发明涉及防腐蚀耐磨涂层领域，具体公开了一种抗腐蚀的氮化钛耐磨涂层及其制备方法和包含该涂层的制品。

背景技术

氮化钛涂层具有高硬度、耐腐蚀、化学稳定性好等优点，常用作碳钢、硬质合金等工模具表面防腐耐磨涂层以提高其切削性能及防腐蚀性能。但是，采用传统方法制备的氮化钛涂层通常存在涂层致密度与晶化程度低、结构应力大、抗H₂S腐蚀性能弱等缺点，从而导致该涂层在油气田高H₂S环境使用过程中容易出现开裂、脱落及快速腐蚀等现象，其对油气田用碳钢类设备及构件的抗H₂S腐蚀防护效果受到限制。

针对上述不足，目前的改进方法有两类：(1)引入C元素来制备TiCxN1-x涂层，通过调整涂层组成中N与C元素的比例，增强涂层的晶化程度并提高涂层的致密度与抗H₂S腐蚀性能；同时，C元素的增强了涂层的耐磨性能；该方法一定程度上减轻了H₂S环境下油气田碳钢类构件的开裂和腐蚀程度，提升了油气田金属管道的使用寿命；但是C元素引入增加了涂层的脆性与应力，容易引发涂层应力开裂行为并进而加重其腐蚀程度，导致油气田碳钢类构件抗H₂S腐蚀性能下降，导致使用寿命降低。(2)制备TiN复合涂层，如TiN/TiCN、TiC/TiN、TiC/TiCN/TiN复合涂层等。其中TiC/TiCN/TiN复合涂层在致密度与应力降低方面得较好的结果。然而复合涂层的抗H₂S腐蚀性与耐磨性能容易受到各子涂层的厚度、界面结合、相组成与分布的影响，必须通过涂层制备参数的精确控制才能获得具有较好抗H₂S腐蚀与耐磨性能的涂层结构。此外，与单一涂层相比，复合涂层的制备工艺繁琐、生产成本较高，限制其在油气田用碳钢类构件方面的实际包含该涂层的制品。

因此，对于油气田用碳钢类构件面临的高H₂S腐蚀与磨损工况环境，亟需开一种兼具抗H₂S腐蚀与良好耐磨性能的新型氮化钛涂层，从而克服现有涂层抗H₂S腐蚀性能弱的缺点。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种抗腐蚀的氮化钛耐磨涂层及其制备方法，解决了现有氮化钛涂层抗H₂S腐蚀性能弱的问题。

本发明的目的之二在于提供包含有该抗腐蚀的氮化钛耐磨涂层的制品，提高H₂S环境下油气田用碳钢类构件的抗腐蚀性能与耐磨性能，进而扩大氮化钛涂层的包含该涂层的制品范围。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种抗腐蚀的氮化钛耐磨涂层的制备方法，包括以下步骤：

(1)将基材在真空条件下进行预热，预热的温度为40-70℃；

(2)通入氮源、钛源和第二辅助气体，在预热后的基材表面上进行化学气相沉积，得到沉积涂层；