氮化钛镀膜技术的研究现状(2)
2008年06月15日星期日 11:52
3 表面预处理（氮化）复合镀TiN薄膜技术研究现状
上述所提到的三类主要发展的TiN薄膜类型，它们或多或少都要通过复合表面处理技术来实现，由此可知复合表面处理技术对TiN薄膜今后的发展有着至关重要的影响。

复合表面技术是指将两种或多种表面技术以适当的顺序和方法加以组合运用，或以某种表面技术的基础制造复合薄膜或改性层的技术。

复合表面技术能够发挥不同种表面技术或不同种薄膜材料的各自优势，取长补短，有机配合，以得到最优的表面性能和最佳的使用效果。

复合表面技术又称作第二代表面技术，是发展一系列高新技术的重要保障，是当前表面工程的重要研究方向[21]。

单一的表面镀膜处理，由于表面薄膜硬度很高，基体硬度一般较低，两者之间的硬度若没有一个很好的过渡层来过渡，很容易造成“蛋壳效应”，即较软基体不能给膜层以有力的支持。

基体与膜层的结合部位因为不能相互协调变形使得硬而脆的表面膜层破裂形成擦伤[22]，同时使得膜基结合力较低，也易导致膜层剥落。

为此采用增加过渡层而形成复合薄膜的办法，来达到合理的硬度、组织成分及结合强度匹配[23]，不失为一项有效的弥补措施。

研究发现有一定效果的复合薄膜有: Ti+ TiN 的复合，化学镀Ni-P+ TiN的复合，氮化层+ TiN的复合等[10]，其中的氮化层+ TiN的复合，因氮化温度通常低于材料调质温度，使得材料心部调质组织的硬度较高且不受氮化工艺影响，能够形成较合理的表层到心部的硬度梯度分布而得到特殊应用，尤为引人关注。

但是，从目前研究的现状分析，研究主要集中在离子氮化预处理工艺上，有关其他氮化预处理工艺镀TiN薄膜的研究尚鲜见报道。

王亮等[24]对调质态40Cr钢进行离子氮碳共渗与离子镀TiN的复合涂层处理，使其表面硬度达到2200HV以上。

耐磨性比单一离子氮化处理有很大的改善，且涂层与基体化合物层的结合良好, 划痕临界载荷(Lc)可达64N。

李晖[25]等对齿轮材32Cr2MoV钢离子氮化（520 ℃×25 h）后进行了离子镀TiN处理，认为表面沉积TiN能够有效地降低氮32Cr2MoV 钢的摩擦系数，减少滚动摩擦中的磨。

Bader[26]对低合金钢31CrMo9进行气体氮化预处理，随后空心阴极辉光放光蒸发
沉积TiN薄膜。

这种预处理使得低合金钢沉积硬PVD薄膜成为可能；而且明显提高了薄膜对化学力和机械力的抗力。

杨勇[27]等研究表明经离子渗氮及PVD处理的钢的最大剪切应力及耐磨性能取决于渗氮时。

表面氮化预处理技术主要在以下几方面发展：
（1）常规渗氮工艺
主要包括等温渗氮、催渗渗氮、预氧化催渗气体渗氮，其中在预氧化催渗气体渗氮方面研究表明，工件经短时氧化后，表面会形成氧化薄膜，这对气体渗氮具有较强的催渗作用，能使N原子的渗入显著加快。

如在580℃下经预氧化——渗氮两次循环处理工艺（预氧10min，渗氮3h）可使渗氮层由580℃×6h渗氮时的0.29mm提高到0.55mm，而且使氮化层的硬度梯度大大得到改善[28]。

（2）渗氮工艺新技术
主要发展出真空脉冲渗氮、增压气体渗氮和激光表面氮化等。

其中真空脉冲渗氮工艺对狭缝、微孔的渗氮效果非常好，是气体渗氮和离子渗氮所不及的；增压气体渗氮工艺主要优点是可节省氨气，具有较高的渗氮速度和较好的深层质量。

（3）真空渗氮技术
包括离子渗氮、真空渗氮等。

国外离子渗氮工艺在工业部门已得到了普遍应用。

它可以处理各种黑色金属的大、中、小型工件，并正在逐步取代有污染的盐浴渗氮和气体渗氮[29]。

（4）其他渗氮技术
等离子体电解渗氮技术——传统的离子渗氮技术面临处理时间长( 数小时)、工件容易变形、生产效率低、设备费用较大等问题，而且反应需要在低真空条件下的密闭真空室里进行。

液相等离子体电解渗氮技术[30]解决了这些问题, 它是在一个开放的大气环境下、特定的电解液中，处理3—5min即可获得渗氮层[31，32]，因此是一个很有应用前途的表面处理技术。