本发明属于输变电设备制造加工技术领域，特别是一种氮化钛类耐磨涂层电力金具及其制备方法。
背景技术：
电力金具裸露于大气环境中，受大气腐蚀介质的影响，金具腐蚀失效会严重影响输电线路的正常运行，存在严重的安全隐患。目前常用的铁基体电力金具的抗腐蚀方法为在金具表面热镀上均匀的镀锌覆层，但热镀锌工艺会造成较大的环境污染，而且镀锌层易脱落，尤其在外力碰撞、接触面反复摩擦的情况下更为严重。
TiN具有密度低、强度高、抗氧化、高耐磨性、高耐腐蚀性等优越的性能特点，以TiN涂层方式覆盖在铁基体类金具表面可以提高其耐磨耐腐蚀性与服役寿命。钛资源丰富，空气中存在大量氮气，涂层所需元素容易获得。氮化钛具有很高的热稳定性和高硬度的面心立方结构，可与钢铁基体很好的结合。
目前制备氮化物涂层的方法有沉积法、热喷涂法、热镀法等，这些方法对生产设备要求较为苛刻、生产效率低，因此选择一种生产设备简单、工艺流程短的制备方法，获得与基体结合力好且耐腐蚀性能优异的TiN涂层电力金具是很有必要的。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术的不足，而提出一种氮化钛类耐磨涂层电力金具及其制备方法。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种氮化钛类耐磨涂层电力金具，金具基体材质为碳钢或低合金钢，在碳钢或低合金钢的表面附着有致密的TiN涂层。
而且，所述TiN涂层为梯度复合涂层，梯度复合涂层包括由上至下依次分布的致密TiN层、微米TiN层及TiN与基体的融合层。
而且，所述致密TiN层的厚度在100μm到200μm之间，微米TiN层的厚度在50μm到120μm之间，TiN与基体的融合层厚度在50μm到100μm之间，涂层总厚度为200μm至420μm。
一种氮化钛类耐磨涂层电力金具的制备方法，包括步骤如下：
(1)准备厚度在0.2mm-1mm之间的板状纯钛；
(2)对钛板进行表面处理，首先使用温度在85-95℃，浓度为的2％-4％的柠檬酸，然后使用浓度为0.3％-0.4％的柠檬酸缓蚀剂进行冲洗，最后用流水冲洗干净；
(3)将冲洗后的钛板放入制作金具的砂箱内，利用气压装置将钛板铺放平整，与砂箱间无缝隙；
(4)对金属基体进行冶炼，使金属基体呈现液态；
(5)将冶炼后的液态金属浇入铺有钛板的砂箱内，获得金属基体与钛板的复合体；
(6)将上述复合体放置在充满气态氮的密闭箱体中，使其整体覆盖在氮源下，气态氮的纯度为92％-99％；
(7)对上述密闭箱体进行整体加热，加热至1050℃-1160℃，加热速度控制在5℃-10℃/min，使复合体表面形成均匀的氮化物涂层；
(8)将形成氮化钛涂层的金具件放入保温炉内保温，保温6至10小时后随炉冷却至室温，以获得由致密TiN层、微米TiN层、TiN与基体的融合层组成的氮化物梯度复合涂层；
(9)将得到的带TiN涂层的金具进行热处理使基体组织更加稳定，最终得氮化钛类耐磨涂层电力金具。
而且，所述步骤(5)的浇注时间控制在50秒以内，并在冒口进行补浇。
而且，所述步骤(9)中金具进行热处理的热处理条件按金具基体的材质牌号确定。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明制作了一种带有氮化钛涂层的电力金具，该类金具具有很好的耐腐蚀性，可以应用于户外，尤其是具有腐蚀性大气、潮湿高温等环境。而且由于氮化钛本身的耐磨性好、化学性质稳定，因此带氮化钛涂层的金具耐磨性好，涂层与金属基体粘合牢固，可以应用于经常会受到外力碰撞，或接触面反复摩擦的工况下。
2、本发明通过冶金铸造的方式获得金属基体与钛的复合体，通入高纯度氮气并加热的方式在金属表面形成氮化物涂层，并通过控制保温温度、保温时间来控制涂层厚度，以获得由致密TiN层、微米TiN层、TiN与基体的融合层组成的氮化物梯度复合涂层，有效提高涂层的抗断裂韧性和与基体的粘合性，使基体与附着层粘结牢固，不易脱落。
3、本发明方法简单易行，冶金、铸造、保温等设备均为常规设备和常规制造工艺，无需复杂先进的制造工艺。浇注砂型多种多样，适用于生产电力金具这类具有复杂外形结构和较高耐腐蚀要求的金属部件。
具体实施方式
以下对本发明实施例做进一步详述：需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其它实施方式，同样属于本发明保护的范围。
一种氮化钛类耐磨涂层电力金具，金具基体材质为碳钢和低合金钢，在碳钢和低合金钢的表面附着有致密的TiN陶瓷涂层。显微组织为晶向一致性高、晶界较少、原子排列较有序的多相晶体结构，具有高度的耐腐蚀性，耐磨性。
在本发明的具体实施中，所述TiN陶瓷涂层为梯度复合涂层，包括由上至下依次分布的致密TiN层、微米TiN层及TiN与基体的融合层。
在本发明的具体实施中，所述致密TiN层的厚度在100μm到200μm之间，微米TiN层的厚度在50μm到120μm之间，TiN与基体的融合层厚度在50μm到100μm之间，涂层总厚度为200μm至420μm。
在本发明的具体实施中，所述碳钢和低合金钢适用的钢材牌号分别为：Q235、Q345、Q420，涂层材料为氮化钛。
一种氮化钛类耐磨涂层电力金具的制备方法，通过冶金铸造获得钢基体与钛的复合体，引入外部氮源，以加热的方式在金属表面形成氮化物涂层，并通过控制保温温度、保温时间来控制涂层厚度。涂层与金属基体之间为冶金结合，经过高温加热与长时间保温，结合粘性强，不易脱落，提高了涂层的力学性能。该方法操作方便、设备简单，而且浇注砂型多样，适用于生产电力金具这类具有复杂外形结构和较高耐腐蚀要求的金属部件，具体制备方法包括步骤如下：
(1)先准备一厚度在0.2mm-1mm之间的板状纯钛；钛板厚度若小于0.2mm，则钛板在浇注过程中就已经与基体完全反应，超过1mm则导致成型后的金具涂层过厚，影响其力学性能；
(2)对钛板进行表面处理，首先使用温度在85-95℃，浓度为的2％-4％的柠檬酸，然后使用浓度为0.3％-0.4％的柠檬酸缓蚀剂进行冲洗，最后用流水冲洗干净；
(3)将冲洗后的钛板放入制作金具的砂箱内，利用气压装置将钛板铺放平整，与砂箱间无缝隙；
(4)对金属基体进行冶炼，使金属基体呈现液态，冶炼温度按金属基体的材质牌号进行，一般控制在1560-1630℃之间；
(5)将冶炼后的液态金属浇入铺有钛板的砂箱内，浇注时间控制在50秒以内，并在冒口进行补浇，防止出现气孔、未完全填充等缺陷，以获得金属基体与钛板的复合体；
(6)将上述复合体放置在充满气态氮的密闭箱体中，使其整体覆盖在氮源下，气态氮的纯度为92％-99％；
(7)对上述密闭箱体进行整体加热，加热至1050-1160℃，加热速度控制在5℃-10℃/min，使复合体表面形成均匀的氮化物涂层。温度高于1160℃，反应过程中的基体钢材形成的液相过多，温度低于1050℃，Ti的溶解度太低，反应无法正常进行；
(8)将形成氮化钛涂层的金具件放入保温炉内保温，保温6至10小时后随炉冷却至室温。通过严格控制保温时间、保温温度以获得由致密TiN层、微米TiN层、TiN与基体的融合层组成的氮化物梯度复合涂层。有效提高涂层的抗断裂韧性和与基体的粘合性。保温时间超过10h时，TiN颗粒弥散分布，会造成致密TiN层消失，低于6h，反应生成的TiN太少，涂层厚度难以保证；
(9)将得到的带TiN涂层的金具进行热处理使基体组织更加稳定，热处理条件按金具基体的材质牌号确定。
实例
1、准备厚度在0.6mm的板状纯钛；
2、对钛板使用温度在90℃的柠檬酸3％，柠檬酸缓蚀剂0.3％进行冲洗，后用流水冲洗，直到钛板表面无残留化学试剂；
3、将钛板放入制作待金具的砂型内，利用气压装置将钛板铺放平整，与砂箱无缝隙；
4、冶炼金属基体至液态，冶炼温度按照基体金属的牌号Q345进行，控制在1600℃左右；
5、将冶炼后的液态金属浇入铺有钛板的砂箱内，浇注时间控制在40秒左右，并在冒口进行补浇，以获得金属基体与钛板的复合体；
6、将步骤5制成的复合体放置在充满气态氮的密闭箱体中，气态氮的纯度为98％；
7、对步骤6的密闭箱体进行整体加热，加热至1100℃左右，加热速度控制在8℃/min，使复合体表面形成均匀的氮化物涂层；
8、将形成氮化钛涂层的金具件放入保温炉内保温，保温9小时后随炉冷却至室温，以获得由致密TiN层、微米TiN层、TiN与基体的融合层组成的氮化物梯度复合涂层；
9、将得到的带TiN涂层的金具进行热处理，热处理条件按金具基体的材质牌号Q345确定，最终得氮化钛类耐磨涂层电力金具。