技术详细介绍
一、成果背景及主要用途
（1）课题来源：
本成果是在所承担的国家自然基金《反应等离子喷涂纳米TiN涂层的研究》（编号：50472033）、天津市自然基金《反应等离子喷涂TiN厚涂层涂的研究》及河北省重点自然科学基金《等离子体反应合成纳米复合陶瓷涂层》（编号：503037）多年研究的基础上形成的，于2006年底通过同行专家鉴定，被确认“达到国际水平”。
（2）课题背景：
TiN是一种新型材料，由于它具有高熔点(3223K)、低密度(5.33-5.44g/cm3)、高耐磨性、高化学稳定性、与H2O、酸（HF除外）均不发生反应、良好的导电性、导热性、低的摩擦系数及类似黄金的金属光泽，等特性，目前在国内外备受人们关注。由于TiN的熔点过高，难于用成型的方法制成块体材料，目前多数采用物理气相沉积(PVD)及化学气相沉积(CVD)法制成3-5μm的薄膜。用这种方法制备的TiN薄膜目前被用于切削刀具上作为减磨材料，可使刀具的寿命提高2-10倍，另外，可用于制作装饰材料，如手表、门脸的装饰材料。性能优越的TiN不能被广泛应用的原因一是PVD、CVD法制备TiN薄膜周期长、成本高，膜的尺寸过薄。
二、技术原理及工艺流程
（1）技术原理：
依据Ti+N2→TiN是一个自发放热反应的原理，利用等离子焰流喷涂微米尺度的Ti粉，使Ti粉在等离子焰流内与N2反应形成TiN，并利用其反应热使反应产物TiN熔化，熔化的TiN液滴以高速沉积在基体上被激冷，从而形成纳米晶TiN复合涂层，涂层的厚度可达500μm。为了防止Ti与大气中的O2发生反应，本课题自行研制了反应等离子喷涂反应室（国家发明专利，专利号：ZL200410072552X），制备纳米晶的目的是为了消除因TiN涂层厚度的增加，使涂层的韧性降低。
（2）工艺流程：
将工件表面喷砂→用等离子喷涂喷制粘结底层→在等离子喷枪上安装反应室→用等离子喷涂的方法在工件表面喷制Ti粉。涂层的厚度依据用途通过控制喷涂参数控制。
（3）由本技术制备的TiN涂层的组织及性能
由本成果所制备的涂层是由TiN+Ti3O（少量）相组成的复合涂层晶粒尺寸为50-70nm。涂层的表面硬度为1260Hv0.98N，横截面硬度为1760Hv0.98N；
涂层与基体的结合强度为25.7Mpa；纳米TiN复合涂层表面的断裂韧性K1c=4.915Mpam1/2，接近金刚石的水平（5.3Mpam1/2），是CVD法制备TiN单层薄膜的3.2倍，是TiN/Ti（CN）多层复合膜的1.26倍，是Y2O3稳定ZrO2涂层的4.5倍；在载荷P=500g时纳米TiN复合涂层的无润滑耐磨性是普通Al2O3涂层的2.7倍，当载荷为150Kg时无润滑耐磨性是淬火高速钢的2.9倍。
三、应用前景及效益分析：
1.应用前景：
（1）可以实现工件的局部强化取代整体强化，使磨损腐蚀尺寸超差报废的工件再生，因此本成果可节约资源，节约能源，减少环境的污染。
（2）本成果在石油、冶金、电力、机械、化工等行业，尤其是石油、机械、冶金行业解决耐磨蚀材料问题，无论是性能及制备工业上，还是在制作成本上都有竞争优势，应用前景广泛。
2.经济效益分析：
（1）天津瑞德机械有限公司生产的螺杆泵的轴由原来的不锈钢镀硬Cr改为由35CrMo钢局部喷涂TiN纳米复合涂层，寿命从2个月提高到2年以上。现在瑞德机械有限公司生产的螺杆泵的轴已全部采用本技术。
（2）天津泵业机械集团有限公司生产的螺旋套采用此技术取代镀硬Cr，明显提高了产品的寿命，并消除了镀Cr对环境造成的污染。
（3）本成果在天津市大熊预应力有限公司生产的刻痕预应力钢丝用的刻痕辊上进行工业性生产实验，采用淬火+回火的Cr12辊为基材，在其上制备的TiN纳米复合涂层，使用寿命是Cr12辊的10倍，是整体硬质合金辊的3倍，成本仅是硬质合金辊的1/10。
（4）河北恒盛泵业有限公司将大港油田使用报废的螺杆泵的轴，实施本技术后使废件再生，使用寿命已经一年以上，目前仍在使用。
（5）TiN纳米复合涂层得制备成本并不高，设备投资也不大。因此这一项技术投入产出比较小，只要有资格的产品是十分明显的。此成果在工业性开发研究2年以来，已为企业创造利润3千余万元。
四、技术产业化条件：
具有300KVA的电源、1000m2的厂房、有水，设备投资90-130万元（依据生产能力定），流动资金30万元。
五、合作方式及所需条件：
合作开发或技术转让（具体条件面议）
六、获得的奖励情况：
2008年获河北省技术发明一等奖。