专利名称：快速感应热烧结制备高温自润滑涂层的方法
技术领域：
本发明属于耐高温润滑材料领域，涉及一种快速感应热烧结制备高温自润滑涂层
的方法，特别适用于制备高温条件下服役的金属部件表面的耐热耐磨自润滑涂层材料。
背景技术：
弹性箔片空气动压轴承是高性能战斗机和大飞机的关键部件之一，其中的技术难 点在于解决起停阶段或者过载时轴颈和箔片之间的润滑上。因此美国NASA格林中心于 1995-1997年研制成功耐高温(室温-650。C)自润滑PS304涂层(美国专利US 5866518)。 该涂层以NiCr (80/20)合金为基体、以Cr203为强化相、以Ag和BaF2/CaF2 (62/38)共晶分 别作为低温和高温固体润滑剂，采用等离子喷涂技术喷涂到轴颈表面而成。但由于等离子 喷涂工艺本身缺点，PS304涂层具有粗大的层状组织结构，并且有约20%孔隙率，导致涂层 的较低强度和承载能力，限制了弹性箔片空气动压轴承载荷系数的进一步提高。同时，由于 PS304涂层的孔隙率较大，使得涂层表面粗糙度的降低相当困难，一般只能加工到0.7ym 左右，导致了涂层容易发生剥落失效，使用寿命短。中国专利(200510042915. X，公开号CN 1727420A)公开了一种采用冷压或冷等静压在真空条件或氮气保护条件下于800-1200°C 烧结制备高强度的高温自润滑涂层的方法。其制备的润滑涂层强度比PS304高30%以上。 然而，采用该工艺制备高温润滑涂层时，在1000 120(TC烧结1 3h不仅使高温合金基体 材料中共格强化相又溶入基体，而且烧结温度高时，合金的晶粒明显长大最终导致基体合 金在高温时的力学性能大大降低，这使得采用该工艺制备的润滑涂层的高温合金轴颈无法 在高温下应用。因此在不影响涂层的致密度和涂层的强度的情况下，选择合适的制备工艺 达到不损伤基体高温合金力学性能的目的，成为提高涂层制备的关键。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种快速感应热烧结制备高温 自润滑涂层材料的方法。 为达到上述目的，本发明所采用的制备方法为将纯度大于99. 0%的Ni、 Cr、 Cr203、BaF2、CaF2、Ag粉末按Ni :40% 50%，Cr :5% 15%，Cr203 :5% 20%，BaF2 :5% 10%，CaF2 :1% 5%，余量为Ag的粉末按质量分数混合；经过胶滚球磨24 96小时得到 复合粉；将复合粉平铺在NiCr合金基体上冷压成涂层，冷压压力为300 400MPa，保压时 间10 15分钟；最后将经冷压的涂层在中频感应热压烧结炉中热压烧结，烧结时温度控制 在900 IOO(TC下保温10 30分钟，然后快速升温至1100°C 1200°C ，在该温度下再保 温5 15分钟，压力为9 20MPa，能够在NiCr合金基体上形成高温自润滑涂层材料。
本发明制备出来的高温自润滑涂层与NiCr合金基体的结合良好，为冶金结合。高 温自润滑涂层致密，孔隙率小于10%，HB硬度约为250士20，经过SiC砂纸打磨和抛光之后 涂层的表面粗糙度小于O. lym。基体材料强度基本保持不变。涂层与NiCr合金对磨时的 摩擦学性能见表l。
表1
25。C400 。C650 °C
摩擦系数0.65-0.750.31-0.330.31-0.33
磨损率4.51-8.70.2-0.480.11-0.24
10-4mm3/N.m
具体实施例方式实施例1 : 首先将纯度大于99. 0X的Ni、Cr、Cr203、BaF2、CaF2、Ag粉末按Ni :50%， Cr :5%， Cr203 :16%， BaF2 :5%， CaF2 :1%，余量为Ag的物质按质量分数混合；将上述混合物采用胶 滚球磨48小时；称取复合粉3克放置与经过打磨过的尺寸为0)25X8的MCr合金表面上， 在钢模具中冷压成涂层，冷压压力为300MPa，保压10分钟；最后将经冷压的涂层在中频感 应热压烧结炉中热压烧结，烧结温度为95(TC，烧结压力13. 5MPa，升温速度为30°C /分钟； 加热时在95(TC左右保温30分钟，然后快速加热到IIO(TC，再保温15分钟。即可以在合金 基体上制备厚度约500 ii m的高温自润滑涂层材料。
实施例2: 首先将纯度大于99. 0%的Ni、Cr、Cr203、BaF2、CaF2、Ag粉末按Ni :45%， Cr :10%， Cr203 :5%，BaF2 :8%，CaF2 :4%，余量为Ag的物质按质量分数混合；将上述混合物采用胶滚 球磨24小时；称取复合粉3克放置与经过打磨过的尺寸为①25X8的NiCr合金表面上，在 钢模具中冷压成涂层，冷压压力为350MPa，保压12分钟；最后将经冷压的涂层在中频感应 热压烧结炉中热压烧结，烧结温度为90(TC，烧结压力18MPa，升温速度为3(TC/分钟；加热 时在90(TC左右保温25分钟，然后快速加热到120(TC，再保温10分钟。即可以在合金基体 上制备厚度约500 t; m的高温自润滑涂层材料。
实施例3: 首先将纯度大于99. 0 %的Ni 、 Cr 、 Cr203、 BaF2、 CaF2、 Ag粉末按Ni :48 % ， Cr : 13 % ， Cr203 :10%， BaF2 :9%， CaF2 :3%，余量为Ag的物质按质量分数混合；将上述混合物采用胶 滚球磨72小时；称取复合粉3克放置与经过打磨过的尺寸为①25X8的NiCr合金表面上， 在钢模具中冷压成涂层，冷压压力为375MPa，保压14分钟；最后将经冷压的涂层在中频感 应热压烧结炉中热压烧结，烧结温度为98(TC，烧结压力9MPa，升温速度为30°C /分钟；加 热时在98(TC左右保温20分钟，然后快速加热到110(TC，再保温5分钟。即可以在合金基 体上制备厚度约500 u m的高温自润滑涂层材料。
实施例4: 首先将纯度大于99. 0%的Ni、 Cr、 Cr203、 BaF2、 CaF2、 Ag粉末按Ni :42%， Cr :9%, Cr203 :12%， BaF2 :6%， CaF2 :2%，余量为Ag的物质按质量分数混合；将上述混合物采用胶 滚球磨96小时；称取复合粉3克放置与经过打磨过的尺寸为①25X8的NiCr合金表面上， 在钢模具中冷压成涂层，冷压压力为370MPa，保压15分钟；最后将经冷压的涂层在中频感 应热压烧结炉中热压烧结，烧结温度为IOO(TC，烧结压力20MPa，升温速度为30°C /分钟；加热时在100(TC左右保温15分钟，然后快速加热到110(TC，再保温12分钟。即可以在合 金基体上制备厚度约500 m的高温自润滑涂层材料。
权利要求
一种快速感应热烧结制备高温自润滑涂层的方法，其特征在于将纯度大于99.0％的Ni、Cr、Cr2O3、BaF2、CaF2、Ag粉末按Ni40％～50％，Cr5％～15％，Cr2O35％～20％，BaF25％～10％，CaF21％～5％，余量为Ag的粉末按质量分数混合，经过胶滚球磨24～96小时得到复合粉；将复合粉平铺在NiCr合金基体上冷压成涂层，冷压压力为300～400MPa，保压时间10～15分钟；最后将经冷压的涂层在中频感应热压烧结炉中热压烧结，烧结时温度控制在900～1000℃下保温10～30分钟，然后快速升温至1100℃～1200℃，在该温度下再保温5～15分钟，压力为9～20MPa，能够在NiCr合金基体上形成高温自润滑涂层材料。
全文摘要
本发明公开了一种快速感应热烧结制备高温自润滑涂层的方法，特别适用于制备高温条件下服役的金属部件表面的耐热耐磨自润滑涂层材料。该方法将Ni、Cr、Cr2O3、BaF2、CaF2、Ag粉末经过胶滚球磨24～96小时得到复合粉；将复合粉平铺在NiCr合金基体上冷压成涂层，冷压压力为300～400MPa，保压时间10～15分钟；最后将经冷压的涂层在中频感应热压烧结炉中热压烧结，烧结时温度控制在900～1000℃下保温10～30分钟，然后快速升温至1100℃～1200℃，在该温度下再保温5～15分钟，压力为9～20MPa，能够在NiCr合金基体上形成高温自润滑涂层材料。
文档编号C23C24/00GK101736340SQ200810175378
公开日2010年6月16日 申请日期2008年11月7日 优先权日2008年11月7日
发明者吕晋军, 贾均红, 陈祖均 申请人:中国科学院兰州化学物理研究所