中文摘要：

采用带有自行设计、制造反应室的等离子喷枪，以微米级的Ti粉为原料，通过反应等离子喷涂的方法制备纳米晶TiN涂层。主要研究1）完善反应室的设计，通过试验确定反应室的最佳设计方案；2）研究用反应等离子喷涂法制备厚度为500 微米的纳米晶TiN涂层的最佳工艺参数及主要影响因素，如焰流功率、离子气种类，离子气流量、Ti粉末粒度大小、反应室内N2流量、压力等；3）研究在等离子焰流内Ti-N2反应机制及获得纳米晶涂层的机理；4）研究TiN纳米涂层的组织、结构、相变过程及涂层的物理性能、力学性能、耐磨、耐蚀性能；本项目研究的意义在于将等离子喷涂与燃烧合成用于纳米涂层的制备，大大简化了纳米涂层的制备工艺，降低成本，为纳米材料的制备及在工程上的应用提供了一条新途径。对研究等离子焰流内Ti-N2反应及纳米晶形成有重要意义。

结论摘要：

用装有自行设计、制造反应室的特殊等离子喷枪，以微米级的Ti粉为原料，通过反应等离子喷涂的方法制备出了具有纳米结构的TiN涂层。本项目的主要成果有1）完善反应室的设计，确定了反应室的最佳设计方案并制作出反应室（国家发明专利）；2）利用装有自行制造的反应室特殊等离子喷枪制备出了具有纳米结构的TiN涂层和纳米、微米级TiN粉末，并优化出最佳制备工艺（2项国家发明专利）；3）对反应等离子喷涂TiN涂层的微观结构、性能进行表征，揭示了反应等离子喷涂TiN涂层的微观组织是由平行排列的纳米棒构成一个结晶领域，不同方位的结晶领域堆在一起形成涂层中的一个亚层 ；4）提出了在等离子焰流内Ti-N2反应机理为燃烧合成，纳米结构TiN涂层凝固机理是树枝晶择优生长，纳米棒是树枝晶的枝杆。本项目的创新之处在于设计制作出反应室并用其制备出具有纳米结构的TiN涂层；提出了制备纳米TiN涂层的最佳工艺；揭示了反应TiN涂层的组织单元是纳米棒，纳米棒为择优生长的枝干；提出了反应等离子喷涂的反应机理是燃烧合成反应。