本文采用带有自行设计的气体隧道式反应室的等离子喷枪,喷涂微米级的Ti粉制备出了厚TiN涂层。对气体隧道反应室的结构进行了优化,并重点研究了影响制备反应等离子喷涂TiN涂层性能的工艺参数,研究了涂层的力学、摩擦磨损及耐腐蚀等性能,探讨了涂层的形成机理。 在研究制备的反应等离子喷涂TiN涂层的性能影响因素中发现:在较宽的焰流功率范围内均可得到主物相为TiN的涂层。焰流功率为36kw,涂层致密性和显微硬度相对较高。随着反应室N₂流量由1.5m³/h增至2.5m³/h,涂层中TiN的相对含量、涂层致密性和显微硬度都呈上升趋势。 试验结果表明,反应等离子喷涂TiN涂层主要由TiN、Ti₃O等物相组成,其中TiN为主物相。涂层的横截面显微硬度平均值为HV1491,最高可达HV2121.2。通过对不同载荷下显微压痕的SEM观察以及对断裂韧性的计算,可看出反应等离子喷涂TiN涂层不仅具有较高的硬度,还具有较高的韧性。 在无润滑磨损条件下,TiN涂层在1500N载荷下不开裂,不剥落,表现出了较高的耐磨性,其耐磨性是M2钢的2.5倍。其磨损机制为:在低载荷时磨损机制为磨粒磨损;高载荷时为由磨料磨损和疲劳磨损的复合过程。 通过电化学腐蚀实验表明,在1N的H₂SO₄溶液中,TiN自身有良好的耐蚀性。其致钝电位为-0.579v,击破电位为1.616v,自腐蚀电流为1.7482e^-5A·cm^-2。TiN涂层对基体的保护方式是机械阻挡的作用。 反应等离子喷涂TiN涂层过程中,TiN的形成主要是熔融Ti在N₂中燃烧合成形成的,其燃烧机制是金属Ti和N₂之间的通过反应生成TiN。