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本研究采用反应等离子喷涂的方法成功制备出纳米晶TiCN涂层,同时对实验所用碳源和喷涂工艺参数进行了优化。采用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、扫瞄式电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)和透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,TEM)等检测技术对TiCN涂层的物相组成,显微结构,组织形貌进行了表征;同时对优化后工艺涂层的力学性能进行了测试。主要研究内容和结果如下:采用石墨和炭黑为碳源,利用喷雾造粒的方法制备喂料,通过对两种喂料的差热实验分析可知:石墨和炭黑与Ti的初始反应温度分别为1151.7oC、1096oC,石墨与钛的完全反应温度较低,为1524.7oC,以石墨为碳源制备的涂层碳含量较高,C/N比例为7:3;采用三种不同粒径的石墨制备涂层,随着石墨粒径的减小涂层主相由TiC0.2N0.8变成了TiC0.7N0.3,涂层的致密度随石墨粒径的减小而提高;采用了Weibull分布的方法对涂层的硬度进行了分析:粒径为5μm的石墨制备的涂层显微硬度分散性小,平均显微硬度高,为1399 HV0.2。采用正交实验的方法对喷涂工艺参数进行了优化,得到制备TiCN涂层优化的喷涂工艺参数为:电流500 A,N2流量60 L/min,喷涂距离为100 mm。对涂层的微观结构进行了分析,结果表明:涂层各层之间结合良好,涂层的主相单一,为TiC0.7N0.3,涂层中含有少量的氧化物,并且在(111)(200)两个晶面呈强烈的择优取向;通过XPS结果分析进一步确定了涂层的成分为TiCN,同时证实了涂层中游离石墨相的存在,并且可能存在硬质CN相;由TEM结果分析发现涂层晶粒尺寸在60~100nm之间,涂层为纳米晶涂层,另外涂层中分布着大块非晶相。对优化工艺后涂层的力学性能进行了测试,涂层具有高的硬度1674 HV0.1,与基体的结合强度较高,为26.7 MPa;通过与TiN涂层的耐磨性进行对比发现:TiCN的耐磨性能优异,同时分析了涂层磨损机理表明:在磨损过程中随着载荷的增加,涂层的磨损机理由微切削和犁耕等变为断裂磨损;另外通过线扫描分析可得在磨损过程中发生了粘着磨损,由于摩擦热的影响,涂层在磨损过程中发生了高温氧化。