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两步包埋法制备钛—氮化钛双层涂层的研究

【摘要】:本文采用低成本的两步包埋法制备了钛-氮化钛双层涂层。利用SEM、XRD、EDS等分析测试方法,对渗Ti涂层及Ti-TiN双层涂层的表面形貌、截面形貌、化学成分进行了深入研究。依据研究结果,分析了渗Ti涂层和Ti-TiN双层涂层的生长机理,建立了渗Ti涂层和Ti-TiN双层涂层的生长模型。本文的研究为采用低成本的技术制备性能优异的Ti-TiN双层涂层提供了基础数据与技术支持。 研究结果表明,在800-950℃的温度条件下,通过包埋反应得到了渗Ti涂层。随包埋反应时间的延长,渗Ti涂层的厚度明显增长,并且变得连续均匀。分别对850、900和950℃条件下,质量较好的渗Ti涂层进行包埋氮化反应处理。研究结果显示,在900℃温度条件下,可以在富Ti渗层的表面获得连续的TiN涂层。硬度测试表明,TiN涂层的表面硬度在600HK-800HK之间。因此,通过两步包埋法获得的Ti-TiN双层涂层有效的提高了基体合金材料的硬度。 论文依据渗Ti涂层的相组成和形貌的研究结果,分析了渗Ti涂层的生长机制,建立了渗Ti涂层的生长模型。通过包埋法获得的渗Ti涂层由贫钴内表层、亚稳态扩散层、稳态扩散层和富Ti层等四部分组成。渗Ti涂层的生长过程包含渗透和互扩散反应等过程,钴-钛原子之间的相互扩散是涂层生长的主要机制。800-850℃的温度条件下,渗Ti涂层中优先生成Co2Ti相,而900-950℃的温度条件下,渗Ti涂层中优先生成CoTi2相。 同时,论文依据Ti-TiN双层涂层的相组成和形貌的研究结果,分析了双层涂层的生长机制,建立了涂层的生长模型。在氮化反应过程中,大量Co原子从渗Ti涂层内部向表面扩散,与富Ti层中的Ti原子发生反应生成Co-Ti间金属化合物。Co-Ti金属间化合物的存在阻碍了N原子向富Ti层内扩散,进一步限制了TiN涂层的生长。N原子的含量在富Ti层中呈梯度变化,因此TiN与富Ti层具有优异的结合性能。

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