反应等离子喷涂纳米tin涂层材料的研究

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1、河北工业大学博士学位论文反应等离子喷涂纳米TiN涂层材料的研究摘要本文主要研究了用微米级的Ti粉，通过反应等离子喷涂的方法制备纳米晶的TiN涂层材料。设计了反应室并研究了制备TiN涂层的工艺；表征了涂层的物相组成，显微结构；讨论了纳米TiN涂层形成的机理；分析了涂层的力学性能、摩擦磨损性能、耐腐蚀性能和热处理对涂层组织及性能的影响。获得了一些有价值的结果。设计制造了出四代反应室，并用带反应室的喷枪和XX-XX型喷枪喷涂微米级Ti粉成功制备了纳米晶TiN涂层，用正交实验的方法优化了制备TiN涂层的工艺参数。表征了涂层的微观结构，

2、采用SEM、TEM、HRTEM观察及由XRD谱线计算发现：TiN涂层是由晶相和非晶相构成，晶相主要是TiN相及少量的Ti3O；晶相的亚结构是由相互平行的纳米棒构成的捆在空间随机堆垛而成，纳米棒的直径为70-100nm；涂层的晶相含有大量生长孪晶；对反应室内沉积的TiN进行TEM观察，发现有位错运动及相互作用的现象。研究了涂层的力学性能，发现TiN涂层有较高的硬度及断裂韧性，其横截面的平均硬1/2度为1720HV100g；纵截面的平均硬度为1260HV100g；横截面的KIC=7.065MPam，纵截面1/2的KIC=4.915

3、MPam；涂层具有明显的压痕尺寸效应；经分析压痕、摩擦表面及压痕尺寸效应发现，TiN材料受力后有明显的变形及加工硬化现象。研究了涂层的耐磨性和耐蚀性，发现在无润滑磨损条件下，纳米TiN涂层的耐磨性能比淬火M2钢好，其摩擦系数为0.40，其主要磨损失效形式是涂层的剥落；在稀HCl、H2SO4及NaCl溶液中TiN涂层本身表现出极高的耐蚀性，带TiN涂层的钢铁材料在0.5mol/L的HCl溶液致钝电流低于18-8不锈钢，而击破电位高于不锈钢。研究了1000℃退火处理对TiN涂层组织和性能的影响，发现退火后TiN涂层的晶粒并未长大，

4、涂层的致密度提高，韧性改善、摩擦系数降低，体现了TiN自润滑的特性。理论上研究了反应等离子喷涂形成纳米TiN涂层的动力学，实验发现Ti-N2燃烧合成是形成纳米晶的必要条件，而等离子喷涂及快冷是形成纳米晶的充分条件，Ti-N2燃烧合成i反应等离子喷涂纳米TiN涂层材料的研究的反应使反应产物完全熔化，而等离子喷涂使液滴瞬间在基体上激冷，从而形成非晶及纳米晶。关键词：等离子喷涂，反应喷涂，TiN涂层，纳米涂层ii河北工业大学博士学位论文STUDYONNANOCRYSTALLINETINCOATINGSMATERIASREPAREDB

5、YREACTIVEPLASMASPRAYINGABSTRACTThenano-crystallinetitaniumnitridecoatingmaterialwaspreparedbyreactiveplasmaspraying(RPS)micron-Tipowdersinthispaper.Thegas-tunneltypereactionchamberwasdesigned,andparametersofsprayingTiNcoatingsweremajorized.Thephases,microstructureof

6、theTiNcoatingwereanalyzedbyXRD,SEM,TEMandHRTEM,andformationmechanismoftheTiNcoatingwasdiscussed.Themechanicalproperty,wearandfrictionproperty,andcorrosionresistancewereinvestigated.Microstructureandpropertyofthecoatingaftertreatmentwereanalyzed,too.Theresearchconclu

7、sionsasfollowwereobtained:Fourgenerationreactionchamberswasdesignedandfabricated,andnano-crystallineTiNcoatingswerefabricatedviasprayingTipowdersusingthespecialsprayingguncomposingtheself-designedgas-tunneltypereactionchamberwithgeneralplasmaspraygunandXX-XXtypespra

8、yinggun.ThemicrostructureofTiNcoatingwascharacterized.ThroughobservingusingSEM,TEM,HRTEMandcalculatingusingScherrerformula,itwasfoundthatT