[发明专利]一种用于金属工件表面碳氮化钛防护涂层的制备方法

权利要求书

1.一种用于金属工件表面碳氮化钛防护涂层的制备方法，其特征在于，该方法由金属工件基材内的C、金属工件表面预涂Ti粉末层或Ti涂层的Ti，以及高压氮气气氛和/或氮离子注入中的N在高温下互扩散形成。

2.按照权利要求1所述的用于金属工件表面碳氮化钛防护涂层的制备方法，其特征在于，金属工件为含碳量>0.45wt%的金属材料，利用金属工件内的碳作为碳源。

3.按照权利要求2所述的用于金属工件表面碳氮化钛防护涂层的制备方法，其特征在于，金属工件材质为：Cr12、Cr12MoV、Cr5Mo1V、GCr15、CrWMn、T10或55#钢。

4.按照权利要求1所述的用于金属工件表面碳氮化钛防护涂层的制备方法，其特征在于，预先对金属工件表面进行清洗并涂敷2～8微米钛粉末层或者钛涂层：

（1）Ti粉末层为Ti粉末混酒精预涂在金属工件表面，然后采用模具将其压实；其中，所采用的Ti粉末纯度>99wt%、粒径<44微米；所采用的混料粘结用酒精为分析纯，加入比例为Ti粉末质量的1～20%；预涂钛粉末层采用刷涂或喷涂方式，压实前预涂厚度为0.05～0.5mm；所采用得模具压实压力为0.1～2MPa，压实后钛粉末层厚度为2～8微米；

（2）Ti涂层为采用物理气相沉积方法获得，涂层厚度为2～8微米。

5.按照权利要求1所述的用于金属工件表面碳氮化钛防护涂层的制备方法，其特征在于，用于互扩散的高温温度为700～1100℃。

6.按照权利要求1所述的用于金属工件表面碳氮化钛防护涂层的制备方法，其特征在于，实现互扩散的过程为：

（1）先将预涂钛粉末层或Ti涂层的金属工件放入真空感应炉内抽真空至1Pa以下，利用感应加热将金属工件加热至700～1100℃并保温1～3小时；

（2）采用高压氮气气氛渗氮方式，保持该温度和氮气气氛5～10小时；然后/或者，采用氮离子注入方式，氮离子注入时间为10～180分钟。

7.按照权利要求1或6所述的用于金属工件表面碳氮化钛防护涂层的制备方法，其特征在于，高压氮气气氛为纯度>99.9wt%的高纯氮气，气体压强为0.01～0.5MPa（0.1～5大气压）。

8.按照权利要求1或6所述的用于金属工件表面碳氮化钛防护涂层的制备方法，其特征在于，氮离子注入采用氮气压强0.5～10Pa，直流或脉冲偏压电源，金属工件接负极，炉壳接正极，偏压控制在600～1200V；当采用脉冲偏压电源时，脉冲偏压占空比选择20～60%。

9.按照权利要求1所述的用于金属工件表面碳氮化钛防护涂层的制备方法，其特征在于，碳氮化钛防护涂层沉积在金属工件表面后，同金属工件基体一同经历淬火及回火处理，具体工艺过程取决于金属工件材质。

10.按照权利要求1所述的用于金属工件表面碳氮化钛防护涂层的制备方法，其特征在于，根据所处理金属工件的淬火温度，对金属工件进行淬火处理，淬火介质选择50～80℃淬火油，或者采用真空气淬淬火处理；然后，在200～500℃条件下回火1～3小时；这样，金属工件表面将形成厚度为2～5微米厚的碳氮化钛涂层，涂层硬度2800～4000HV0.01，基材的硬度50～62HRC。