一种涂有TiN涂层的模具的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种模具，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。本发明采用超音速等离子喷涂TiN涂层，硬度较高，可以达到1210HV0.1，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。
【专利说明】-种涂有TiN涂层的模具
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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】
[0005] 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。
[0006] 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、Ti02和Ti30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。
[0007] 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?80iim球状团聚体；
[0008] 优选地，所述模具包括金属件和非金属件。
[0009] 优选地，所述金属件包括螺栓、齿轮、轴承、钻头套。
[0010] 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。
[0011] 本发明的有益效果如下：
[0012] 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。
[0013] 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200ym，采用压痕法测量涂层断裂韧性为
【权利要求】
1. 一种模具，其特征在于，其表面涂有TiN涂层，涂层的三强峰相为TiN相，还存在部分 TiO、Ti02和Ti30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。
2. 如权利要求1所述的模具，其特征在于，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?80iim球状团聚体。
3. 如权利要求1所述的模具，其特征在于，所述模具包括金属件和非金属件。
4. 如权利要求3所述的模具，其特征在于，所述金属件包括螺栓、齿轮、轴承、钻头套。
5. -种轴承套，其特征在于，该轴承套内壁喷涂有TiN涂层。
【文档编号】C23C4/12GK104342613SQ201410539532
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年10月13日 优先权日:2014年10月13日
【发明者】王海斗, 邢志国, 崔华威, 金国 申请人:中国人民解放军装甲兵工程学院