D0I:10.13374/j.issm1001-053x.1982.01.014 北京钢铁学院学报 1982年第1期 Cr12模具钢表面化学气相沉积 碳、氮化钛涂层的研究 化学教研室马肇會王食隽葛葆云文耀典纪大潮 摘 要 TiC与TiN因晶格常数相近而可互溶生成碳氮化钛，其硬度介于TiC与TiN之 问，而比TN硬得多，涂于钢铁工件上可使寿命大为提高。本文叙述了不用CH、 CCl,而只用C。HsCl+N2+H2+TiCl,体系沉积Ti(C、N)的工艺条件和淬火 方法。模具经此法处理后表面硬度可达2400kg/mm2,使用保护气体强制冷却淬 火不仅使硬度达到生产要求，还能解决工件在淬火中的变形与开裂问题。试玲表明 此法可提高模具寿命2到5倍。 前 言 化学气相沉积是一类气一固反应，主要通过气体与气体以及气体一同体间的相互作 用，从而得到周体的反应。由于通过化学气相沉积可以得到纯度极高的单质或化合物，因而 广泛用于无机化合物的制备、金属材料、电器工业、电子工业、原子能技术、航天技术、化 工生产等诸方面。 通过化学气相沉积，在金属表面获得一层极薄的（一般<10微米)超硬的合金涂：，从 而可以大大地改善此金属表面的抗腐蚀、抗磨耗性能。钢铁或硬质合金表面通过化学气相沉 积得到的TiN或TiC的涂层便是其例。TiC与TiN涂层，目前较为普通，除掉其本身所具有 的优良性能如高硬度、耐磨性及化学性能稳定之外，还在于，作为化学气相沉积的原料四氯 化钛，较其它过渡金属卤化物易于制取，并且在使用中也易于控制。TN与TiC的物理性能 如下表： 由表可见TN的硬度比TiC低的多，但其热膨胀系与低碳钢的热膨胀系数较为接近，因 此在使用中不会因工具本身发热而使涂层崩落，所以钢铁或者硬质合金表面涂复TC或TN 厅，增加的寿命人抵相同。 TiC或TiN在化学气相沉积时，反应的温度都比较高，一般都在1000一1200℃左右，对 于硬质合金及有的钢铁工件，因沉积后不需再经淬火，便可直接使用，所以对TC或TC的 化学气相沉积涂层应用较多，而有的钢铁工件，如模具刀具等，沉积后尚需淬火，又因TC 与TiN高温时（分别超过800℃与00℃）化学话性憎高，极易受介质中氧或含氧化合物所氧 化，因此不适于空气介质中淬火，就是盐浴淬火，如果熔盐脱氧不够，也会招致部分涂层受 01981年8月15日收到 163北 京 钢 铁 学 院 学 报 年第 一期 模具钢表面化学气相沉积 碳 、 氮化钦涂层的研究 ’ 化 学教研 室 马雄曾 王 食 势 蔺葆云 文场典 纪 大渝 要 与 因晶格常数相 近 而 可 互 溶 生成 碳 氮化 钦 ， 其硬 度介 于 与 之 问 ， 而 比 硬 得 多 ， 涂 于钢铁 工 件上 可使 寿命大为提 高 。 本 文叙述 了不 用 、 ‘ 而 只 用 。 。 ‘ 体 系沉积 、 的工 艺 条件 和淬 火 方 法 。 模 具经 此 法 处理 后 表面 硬度可 达 ， 使 用 保 护 气体 强 制冷却淬 火不 仅使硬 度 达 到 生产 要 求 ， 还 能解决 工 件 在淬 火中的 变形 与开 裂 问题 。 试 验表明 此法 可 提 高模 具 寿命 到 倍 。 前 言 化学气相 沉积 是一 类气— 固反 应 ， 主要 通 过 气体与气 体 以 及 气体 — 固体 间 的相 互 作 用 ， 从而得 到 体 的反应 。 由于 通 过 化学气相 沉积 可 以 得 到纯度 极高 均单质 或化合物 ， 因而 广 泛 用于无 机化合 物 的制 备 、 金 属材 料 、 电器 工业 、 电子 工业 、 原子 能枝 术 、 航 天 技术 、 化 工生产等诸 方 面 。 通 过 化学气 相 沉积 ， 在金 属 表面 获得一层 极薄 的 一 般 微米 超硬 的 合 金涂层 ， 从 而可 以 大 大地 改善此 金属 表面 的 抗腐蚀 、 抗磨耗性 能 。 钢 铁 或硬质合 金 表面 通 过 化学气相 沉 积得 到 的 ‘ 或 均涂层便 是 其例 。 与 涂层 ， 目前较 为普通 ， 除 掉其 本身所具有 的优 良性 能如高硬 度 、 耐磨性 及化学性 能稳定 之 外 ， 还 在 于 ， 作 为化学气相 沉积 的原 料四 氯 化钦 ， 较 其它过渡 金 属 卤化物易 于 制 取 ， 并且 在使用 中也易 于 控 制 。 与 的物理性 能 如下 表 ’ 由表可见 的硬 度 比 低 的多 ， 但 其热 膨 胀 系与低 碳 钢 的 热 膨 胀 系数较 为接 近 ， 因 此 在使用 中不 会 因工具 木身发热 而使 涂层 崩 落 ， 所 以 钢 铁 或 者硬 质合 全 表而 涂岌 或 后 ， 增加 的寿 命 大抵 相 同 。 或 ‘ 在化 学气相 沉积 时 ， 反应 的温度都 比 较 高 ， 一 般 都 在 。 一 ℃ 左右 ， 对 于 硬 质合 金 及有 的 钢 铁 工件 ， 因沉积 后 不 需再经 淬 火 ， 便可 直接使 用 ， 所 以 对 或 的 化学 气相 沉积 涂层应 用 较多 ， 而 有 的钢 铁 工件 ， 如 模具 刀 具等 ， 沉积 后 尚需 淬 火 ， 又 因 与 高 温 时 分 别 超过 ℃ 与 ℃ 化学 活性 增 高 ， 极 易受 介质 中氧 或 含氧 化 合物所氧 化 ， 因此 不适 于 空 气介质 中淬 火 ， 就 是 盐浴 淬火 ， 如 果 熔盐 脱氧不够 ， 也会招 致部分 涂层 受 年 月 日 收到 DOI ：10．13374／j ．issn1001—053x．1982．01．014