本文利用自行研制的气体隧道反应室,采用反应等离子喷涂的方法,通过喷涂Ti-Al混合粉制备出了纳米复相涂层,并重点优化了反应等离子喷涂TiN涂层的工艺参数,进一步研究了复相涂层的力学及摩擦磨损等性能,最后探讨了复相涂层的形成机理。在优化反应等离子喷涂TiN涂层工艺过程中发现:在较宽的焰流功率范围内均可得到主物相为TiN的涂层。综合喷涂工艺参数对TiN涂层的物相、显微结构和显微硬度的影响,得到的优化工艺参数为:焰流功率为36-40kW左右,喷涂距离为20-30mm,反应室N2气流量为2. 5m3/h,离子气组成N2/Ar为2:3到1:1。试验结果表明,反应等离子喷涂复相涂层主要由TiN、AlN、Al3Ti、Ti3O等物相组成,其中TiN为主物相。复相涂层的横截面显微硬度最高可达HV2065. 4。TEM分析表明,复相涂层为纳米晶涂层,大多数晶粒直径位于50-80nm之间;AlN的粒径在10-30nm左右,弥散分布在复相涂层中。在无润滑条件下,反应喷涂AlN/TiN复相涂层的耐磨性高于TiN涂层,在高载荷下,其耐磨性是TiN涂层的1. 3倍;复相涂层的减摩性优于TiN涂层。反应等离子喷涂AlN/TiN复相涂层过程中,TiN的形成主要是熔融Ti在N2中燃烧合成形成的,属于气体渗透燃烧的表面燃烧反应,其燃烧机制是金属Ti和N2之间的通过反应生成TiN产物层进行的;AlN的形成主要是PACVD,Al粉在等离子焰流中气化后与N2反应形成AlN,属于高温气相合成;Al3Ti的形成主要是熔融的Al和Ti反应形成的。