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TiN作为新型陶瓷材料,具有密度小、硬度大、导电性能好、抗磨损、抗氧化和耐腐蚀等许多优异性能,十分适合做刀具、模具和轴承的表面涂层材料。因此,TiN硬质涂层的制备倍受研究者的关注。采用双层辉光等离子表面合金化技术,在Q235钢表面前期进行等离子渗Ti,形成数十微米钛固溶体扩散层,后期通入氮气合成TiN,一次直接形成TiN渗镀层,并对其进行了表面金相组织观察,及扫描电镜(SEM)、能谱成分、表面显微硬度、X射线衍射(XRD)分析。找到了渗镀TiN时渗钛阶段和合成阶段的最佳工艺参数,获得了各工艺参数控制条件下TiN渗镀层相结构、表面形貌、表面成分、外观、显微硬度的变化规律。对该TiN渗镀层试样、未处理的Q235钢试样、T10淬火+回火试样和3Cr13渗氮试样在相同的条件下进行了耐磨性试验;将该渗镀层试样与未处理的Q235钢和1Crl8Ni9Ti不锈钢试样在l mol/L H2SO4溶液、3.5%的NaCl溶液和4%的NaOH溶液中,分别进行了电化学腐蚀对比试验。研究结果如下:(1)采用双层辉光等离子渗镀TiN技术,可在Q235钢表面得到TiN渗镀层。确定了双辉等离子合成TiN渗镀层的最佳工艺参数为:渗Ti阶段的工艺参数为:极限真空度1～3Pa;工作气体Ar;工作气压25～35 Pa;源极电压–1000V左右;试样电压–600V左右;试样保温温度1050℃;时间2h。合成阶段的工艺参数为:工作气体Ar和N2;工作气压25～35 Pa;源极电压–1000V左右;试样电压– 400V左右;试样保温温度1050℃;时间2 h;Ar/N2流量比为8:1。(2)随着TiN渗镀层厚度增加,渗镀层逐步由{100}择优取向生长转化为{111}择优取向生长,拟得到具有较高硬度和较好耐磨性的TiN渗镀层,须获得具有{111}择优取向的TiN相。(3)随着TiN渗镀层厚度增加,表面“胞状”组织形貌愈加明显,且向外“突起”趋势增强。当TiN渗镀层表面形貌呈均匀致密的“胞状”组织时,硬度较高,外观也比较均匀光滑,无脱落现象。(4)源极电压、渗钛阶段试样电压、合成阶段试样电压、合成阶段保温时间对TiN渗镀层表面Ti、N原子个数比的影响并不大,工作气压、保温温度和Ar/N2流量比对其影响比较大。随着工作气压的升高,Ti、N原子个数比逐渐增大;保温温度越高,TiN渗镀层表面Ti、N原子个数比越大;Ar/N2流量比为8:1时,Ti、N原子个数比最接近1:1,表面Ti、N原子个数比越接近1:1,TiN渗镀层性能越好。(5)当TiN渗镀层较薄时,表面颜色趋向于淡黄色。当选取本文最佳工艺时,TiN渗镀层为金黄色且无脱落。TiN渗镀层表面颜色随着各种参数的不同而变化,其实质是因为相的含量不同,金黄色的TiN渗镀层含有的ε-TiN相最多,显微硬度最高。(6)TiN渗镀层厚度对渗镀层的相结构、表面形貌、表面成份、外观和硬度等方面都有较大的影响,TiN渗镀层过厚或过薄都不利于得到最佳的渗镀层。(7)TiN渗镀层表面形貌为“胞状”组织,颗粒致密均匀,表面为金黄色,表面平均显微硬度达到3120HV。TiN渗镀层由TiN颗粒均匀分布的扩散层及表面TiN沉积层组成。TiN渗镀层中成分、硬度和结构均呈梯度分布。渗镀层厚度达到了16μm,与基体形成固态冶金层,结合强度高。(8)在相同磨损条件下,TiN渗镀层相对磨损速度最小,耐磨性较未处理的Q235钢试样提高7.81倍;较T10钢淬火+回火试样提高5.625倍;较3Cr13不锈钢渗氮试样提高7倍。随砂粒度增加,TiN渗镀层相对磨损速度增大;载荷越大,TiN渗镀层磨损质量损失越多,相对磨损速度越大。渗镀层的磨损失效形式主要是碎裂与剥落,显微切削是轻微的,基本无塑性变形。随着砂粒度增加,碎裂与剥落的程度逐渐加深。在本文试验条件下,TiN渗镀层的磨损机理主要为应力疲劳。(9)在l mol/L H2SO4溶液中, TiN渗镀层耐腐蚀性能比未处理的Q235钢提高了11.5倍,比1Crl8Ni9Ti不锈钢提高了2.65倍;在3.5%的NaCl溶液中,TiN渗镀层耐腐蚀性能比未处理的Q235钢提高11.3倍,但比1Crl8Ni9Ti不锈钢稍差。TiN渗镀层耐酸性溶液腐蚀性能要比耐盐水腐蚀性能强;在4%的NaOH溶液中,TiN渗镀层的耐蚀性能比未处理Q235钢提高了27.8倍,与1Cr18Ni9Ti不锈钢耐蚀性能相当。