Источник: http://www.hindawi.com/journals/jnm/2008/690951.html
Наноструктурное покрытие нитрида титана (TiN) было подготовлено на поверхности стали 45 (Fe-0,45% C) с помощью ионно-плазменного напыления (обозначается как RPS) Ti порошков с использованием пушки с самодельными реактивными камерами. Микроструктурные характеристики, состав, размер зерна, микротвердость и износостойкость покрытия TiN, систематически подвергаются исследованиям. Размер зерна был получен в результате расчета по формуле Шерера и наблюдали это с помощью ПЭМ. Результаты рентгеноструктурного анализа и электронной дифракции показали, что TiN является главной фазой TiN покрытия. Механизм формирования нано-TiN характеризуется анализом SEM морфологии поверхности TiN покрытия и распылением капель TiN на поверхность стекла и наблюдением температуры и скорости плазменной струи . Трибологические свойства покрытия в условиях без смазки были проверены и сравнены со свойствами AISI M2 быстрорежущей стали и Al2O3 покрытия. Результаты показали, что покрытие TiN RPS представляет лучше износостойкость, чем M2 быстрорежущей стали и Al2O3 покрытия в сухом состоянии. Микротвердость поперечного сечения и продольный разрез покрытия TiN была испытана. Высокая твердость сечение TiN покрытия 1735.43HV.
Покрытия нитрида титана (TiN) широко применяются в машиностроительной промышленности в связи с их высокой твердостью, низким коэффициентом трения, красивый цвет, превосходную химическую стойкость и износостойкость [1-6]. TiN был подготовлен рядом методов, которые включают в себя прямое азотирование титана металла, азотирование в восстановительной TiCl4, плазменный синтез и лазерный синтез. Прямое азотирование титанового порошка металла азотом хорошо изучено [5, 6]. Формирование TiN сильно экзотермическое и азотирование может быть устойчивым до конца, даже при сравнительно низких давлениях азота. Химическое осаждение из газового и плазменного синтеза нитрида титана связано с использованием TiCl использованием аммиака в качестве реагента азотирования. Плазменная обработка в плазмотронах РФ был также использован для подготовки нитрида титана . Этот процесс связан с использованием галогенида титана и титановых порошков металлов с аммиаком или азота в качестве реактивного газа. Эти покрытия имеют серьезный недостаток. В частности, эффективность осаждения низка (около 2 ~ 10 м / ч), и производить сложные структурные части очень трудно, и износостойкость при высокой нагрузке не является приемлемым, поэтому применение TiN ограничен.
Недостатки этих покрытий могут быть преодолены при TiN покрытием полученным плазменным напылением. Поскольку эффективности осаждения плазменного напыления выше, чем у других покрытий, и толщина покрытия полученного плазменным напылением больше, чем другими способами. Технология реактивного плазменного напыления (RPS) была внедрена в последние годы перспективным способом развития прочных композиционных покрытий с металлическими или интерметаллических матрицами и мелкодисперсными керамическими фазами. Износостойкост плазменно напыленных покрытий может быть повышена с помощью методов RPS. Покрытия нитрида титана полученных с помощью развитых RPS отличаются твердостью, более 1500 HV, без характерной хрупкости покрытия TiN полученных физическим осаждением паров (PVD), химическим осаждением паров (ХОП). В данной статье нанокристаллические покрытия TiN полученные распылением порошка Ti размером 30 ~ 40 м с помощью распылителя плазмы в самодельной реактивной камере, которая заполнена N2. Микроструктура и свойства нано-покрытия TiN исследованы в настоящей работе.
Материалы:
Оборудование для распыления типа LP-50B сделнный в Цзюцзян, Китай, имеет стандартную мощность 50 кВт. Пушки для распыления собраны с использованием BT-G3 типа плазменного напыления, пушки и реактивной камеры, которые были самостоятельно разработаны и подготовлены. Схема реактивного плазменного напыления пушки показана на рисунке 1. Чистый порошок титана, используемый в данной работе имеется в продаже и создается в Пекине Генеральным научно-исследовательским институтом горного дела и металлургии, Китай. Среднее распределение размеров частиц порошка титана составляет около 30 ~ 40 м. Базовый материал сталь 45 (Fe-0.45wt.% С), которая обрабатывается в образцах 30 мм, 25 мм, 10 мм, и является основанием для неровных поверхностей.
Производство и характеристика покрытия TiN :
Вовремя напыления, порошки титана, микрофотография, которых показана на рисунке 2, были обработаны с помощью газа азота в реактивного камере RPS, где чистый азот был также представлен. Ti и N2 среагировали в реактивной камере, и как следствие TiN был нанесен на базовыйматериал. Таким образом, покрытие толщиной не менее 400 мкм было изготовлено в течение нескольких минут. Морфология TiN покрытия, наблюдалась с помощью PHILIPS XL30/TMP - сканирующего электронного микроскопа (SEM) и PHILIPS TECNAI F20 -просвечивающего электронного микроскопа (TEM).
Микроструктурные характеристики покрытия TiN :
Дальнейшие исследования необходимы для сокращения пор и трещин, а также улучшения структуры покрытия. Покрытие представляет собой слоистую структуру, которая тесно связана. Структуры с несколькими порами следует отнести к газу, который существует между жидкими TiN каплями и не освобожденые в течение формирования покрытие. В небольшом количестве появляются трещины в многослойных структурах покрытия (см. рис 4 (б)).
Микротвердость покрытия TiN
Хорошо известно, что микротвердость твердых материалов зависит от приложенной нагрузки при тест на отпечаток. Это явление известно как эффект размер отпечатка (ISE). На рисунке 6 показана зависимость микротвердости для поперечных и продольных сечений RPS TiN покрытия на отпечаток нагрузки. В нагрузку от 100 до 1000 г, микротвердость по Виккерсу падает с 1735,43 до 1125,27 и 1267,78 HV на 962,26 HV, соответственно, что является очевидным явлением ISE. Когда нагрузка является стандартной нагрузке 100 г, микротвердость 1189,36 HV.
(1) Покрытие TiN, полученного с помощью RPS Ti порошков распыленых в самодельных пушках в реактивной камерх, в основном состоит из двух слоев, TiN и в незначительных количествах Ti3O. TiN покрытий представлены типичными структурными слоями. Размер большинства кристаллических зерен в покрытие TiN меньше 100 нм.
(2) Механизм формирования наноструктурных покрытий Ti заключается в том, что порошки плавятся и реагируют с N2 в плазменной струе и в камере. Тепло выделяется при сгорании расплавленных капель. Огромные скорости охлаждения и переохлаждения при плазменном напылении являются условием образования капель, зарождающихся быстро, и формирующих наноструктуру.
(3) высокая твердость покрытия TiN 1735,43 HV100 г; износостойкость покрытия лучше, чем у Al2O3 покрытия и M2 быстрорежущей стали.