一种自润滑耐磨涂层及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种兼具自润滑和耐磨功能的复合涂层及其制备方法，属于防护材料
技术领域。
【背景技术】
[0002] 机械制造和尖端技术的发展与材料的性能所达到的最大极限息息相关，但是随着 材料所承受的工作应力和工作温度的不断提高，常使材料在没有达到使用极限之前就由于 磨损而导致失效。在美国，1985年由于磨损造成的损失估计达200亿美元。[Budinski K. G. , Surface Engineering for Wear Resistance. Prentice Hall. N. J. USA. 1988.] 若把磨损和腐蚀造成的损失算在一起，估计达到2000亿美元。出ernecki T. F.. Ceramic In化star. 1989，10: 39.]在德国，专家们估计每年由于磨损和腐蚀造成的损失大约 占社会生产总值的 5%。[Lugscheider E. , Proc. of the 化1:. Thermal Spray Conf. Florida. USA. 1987:105.]据德国Vogelpohl教授预测，全世界生产能源的1/3至Ij 1/2损 失在摩擦磨损上，[Fuller D D. Theory and Practice of Lubrication Engineer. John Wil巧&Sons，1986.]英国H. P. ^st教授指出，世界消费能源的30%~40%消耗在摩擦磨损 上。[欧风.合理润滑技术手册.石油工业出版社，1993: 5.]因此探索减少和防止磨 损、腐蚀的方法及技术具有重大的社会意义和经济效益。
[0003] 碳化鹤（WC)作为耐磨材料具有烙点高，硬度高(特别是热硬度高)，化学性能稳定 等典型的陶瓷材料的特点。并且钻（Co)烙体对碳化鹤的润湿性最好，W碳化鹤钻（WC-CO) 为代表的金属-陶瓷复合涂层的制备受到研究者们的高度重视。但WC-Co涂层硬度高， 会对对偶件产生严重的摩擦磨损，间接增加了磨损量。碱上金属氣化物（CaFs，BaFs及 62wt. %BaF2-38wt. %CaF2共晶体）大约在400°C时，经历了从易碎到易延展的转变，减少了本 身的切变强度，提高了作为高温固体润滑剂的能力，在超过400°C时表现出良好的固体润滑 性能。金属铜具有很好的导热性、初性、延展性和可塑性，烙点较高（l〇85°C )，在缺氧或空气 条件下，与稀硫酸或有机酸不发生反应，氧化产物化2〇具有一定润滑作用。另外，铜原料来 源广泛，价格低廉。鉴于此，本发明期望通过在碳化鹤钻中同时加入碱±金属氣化物和铜固 体润滑剂，降低涂层的摩擦系数和磨损率。
[0004] 至今，碳化鹤钻-铜-氣化物自润滑耐磨涂层W及采用大气等离子喷涂技术制备 此类复合涂层尚未见报道。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种碳化鹤钻-铜-氣化物自润滑耐磨涂层及其制备方 法。
[0006] 本发明的自润滑耐磨涂层，涂层组分为碳化鹤钻、铜和氣化物；涂层厚度为 100-500 ym ;涂层组分重量百分比为碳化鹤钻60-80%，铜10-30%，余量为氣化物。
[0007] 涂层组分重量百分比为碳化鹤钻75-80%，铜10-15%，余量为氣化物。
[000引本发明制备所述自润滑耐磨涂层的方法包括如下步骤： a、 将碳化鹤钻粉、铜粉和氣化物粉在无水己醇介质中进行球磨混合，控制球磨转速为 100-150 r/min，混合时间为24-48小时； b、 将上述混合粉末在40-80°C下烘干，烘干后粉末在真空中烧结，烧结温度为 1000-1200°C，恒温时间为1-3小时； C、将烧结后块体破碎形成粉体，所述粉体的粒径不大于75 y m ; t W步骤c所得粉体为原料，采用大气等离子喷涂方法制备成涂层。
[0009] 所用碳化鹤钻粉的平均粒度为15-45 ym，碳化鹤晶粒尺寸为200-800nm，钻含量 为10-14% ;所用铜粉的平均粒度为15-50 ym ;所用氣化物粉的平均粒度为1-6 ym ;所用氣 化物粉包括CaF2或BaF 2或组成为62%BaF 2-38%CaF2的共晶体。
[0010] 所述大气等离子喷涂方法W氣气为主气，氨气为辅气，并W氣气为送粉气；所述 大气等离子喷涂方法控制主气和辅气的气体流量分别为45-75 slpm和2-4 slpm;控制送 粉气流量为3-6 slpm，送粉速率为12-16巧m;喷涂过程中控制电流为350-450 A，电压为 50-60 V，喷涂距离为100-120 mm，控制喷涂时间和次数使得所制备涂层厚度为100-500 y m。
[0011] 大气等离子喷涂前对金属基材进行表面预处理；所述表面预处理包括清洗、除油、 喷砂、车螺纹或滚花、电拉毛；所述金属基材包括A3低碳钢、不诱钢和轴承钢。
[0012] 由于所添加铜的保护作用，碳化鹤在等离子喷涂过程中的脱碳减少，复合涂层中 脆性相减少，疲劳磨损消失。同时，由于喷涂过程中的急冷，复合涂层中产生非晶态BaFs/ CaF,，该非晶体常温下表现出优异的润滑性能，极大地改进了复合涂层的摩擦性能。
[0013] 利用扫描电子显微镜（SEM)，能谱仪（EDS)和UMT多功能摩擦磨损测试仪对所得到 的样品进行表征。
[0014] 将所制得的涂层依次使用不同粒径的Al2〇3磨料进行表面研磨，并用金刚石研磨 膏抛光至表面粗趟度；Ra=0. 5 y m。采用UMT多功能摩擦磨损测试仪，球-盘接触方式进行 摩擦磨损试验。试验所用对磨球为直径4mm的302不诱钢球，硬度为RC39。其他实验参数： 正压力10N，滑动线速度0. 5m/s，摩擦时间20分钟，摩擦行程600米。
[0015] 摩擦系数由摩擦设备直接读取，采用表面轮廓仪测出磨痕截面积，截面积与磨痕 周长相乘得出磨损体积，磨损率由W下公式计算，摩擦系数和磨损率值均取5次重复实验 的平均值。
【主权项】
1. 一种自润滑耐磨涂层，其特征在于：涂层组分为碳化钨钴、铜和氟化物；涂层厚度为 100-500 μm ;涂层组分重量百分比为碳化钨钴60-80%，铜10-30%，余量为氟化物。
2. 根据权利要求1所述自润滑耐磨涂层，其特征在于：涂层组分重量百分比为碳化钨 钴75-80%，铜10-15%，余量为氟化物。
3. -种制备权利要求1所述自润滑耐磨涂层的方法，其特征在于包括如下步骤： a、 将碳化钨钴粉、铜粉和氟化物粉在无水乙醇介质中进行球磨混合，控制球磨转速为 100-150 r/min，混合时间为24-48小时； b、 将上述混合粉末在40-80 °C下烘干，烘干后粉末在真空中烧结，烧结温度为 1000-1200°C，恒温时间为1-3小时； c、 将烧结后块体破碎形成粉体，所述粉体的粒径不大于75 μ m ; d、 以步骤c所得粉体为原料，采用大气等离子喷涂方法制备成涂层。
4. 根据权利要求3所述方法，其特征在于：所用碳化钨钴粉的平均粒度为15-45 μ m，碳 化钨晶粒尺寸为200-800nm，钴含量为10-14% ;所用铜粉的平均粒度为15-50 μ m ;所用氟化 物粉的平均粒度为1-6 μ m ;所用氟化物粉包括0&匕或BaF 2或组成为62%BaF 2-38%CaF2的共 晶体。
5. 根据权利要求3所述方法，其特征在于：所述大气等离子喷涂方法以氩气为主气，氢 气为辅气，并以氩气为送粉气；所述大气等离子喷涂方法控制主气和辅气的气体流量分别 为45-75 slpm和2-4 slpm ;控制送粉气流量为3-6 slpm，送粉速率为12-16 rpm;喷涂过 程中控制电流为350-450 A，电压为50-60 V，喷涂距离为100-120 mm，控制喷涂时间和次数 使得所制备涂层厚度为100-500 μ m。
6. 根据权利要求5所述方法，其特征在于：大气等离子喷涂前对金属基材进行表面预 处理；所述表面预处理包括清洗、除油、喷砂、车螺纹或滚花、电拉毛；所述金属基材包括A3 低碳钢、不锈钢和轴承钢。
【专利摘要】本发明公开了一种自润滑耐磨涂层，涂层组分为碳化钨钴、铜和氟化物；涂层厚度为100-500μm；涂层组分重量百分比为碳化钨钴60-80%，铜10-30%，余量为氟化物。制备所述自润滑耐磨涂层的方法包括如下步骤：a.将碳化钨钴粉、铜粉和氟化物粉在无水乙醇介质中进行球磨混合，控制球磨转速为100-150r/min，混合时间为24-48小时；b.将上述混合粉末在40-80℃下烘干，烘干后粉末在真空中烧结，烧结温度为1000-1200℃，恒温时间为1-3小时；c.将烧结后块体破碎形成粉体，所述粉体的粒径不大于75μm；d.以步骤c所得粉体为原料，采用大气等离子喷涂方法制备成涂层。
【IPC分类】C23C4-06, C23C4-12
【公开号】CN104630689
【申请号】CN201510116262
【发明人】袁建辉, 单张飞
【申请人】郴州市泰益表面涂层技术有限公司
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年3月17日