专利名称：一种镍包石墨自润滑复合材料及其应用的制作方法
一种镍包石墨自润滑复合材料及其应用技术领域
本发明属于材料表面改性技术领域，具体地涉及一种具有自润滑性能的镍包石墨复合材料及用激光熔覆技术于基材表面制备自润滑涂层的方法。
背景技术：
随着现代机械和机构运转速度和负荷的急剧增加，以及航空航天、军工和核能技术的发展，许多工况条件处于无油润滑或少油润滑状态，此时对材料提出更为严格的性能要求，其不仅要有优异的耐磨性能，还应具有良好的减摩性能。而采用传统的合金设计思路难以满足上述的要求。由于摩擦磨损失效行为均源于零件表面并逐渐发展到内部的破坏行为，因此，采用先进的表面工程技术，直接在零件表面实际承受接触摩擦磨损等作用的特定部位上制备一层具有低摩擦系数、优异耐磨性能、与基体材料为牢固冶金结合的特殊涂层， 将是一种最有效、最经济、最灵活和最具可设计性方法之一。发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种具有自润滑性能的镍包石墨自润滑复合材料。
本发明的另一目的是采用激光熔覆方法在基材表面制备一层具有耐磨和减磨性能，及自润滑性能的涂层。
本发明提供的镍包石墨自润滑复合材料，按重量百分比，由95. 0-99. 9%的自熔性合金粉和O. 1-5. 0%的镍包石墨粉组成。
上述的镍包石墨自润滑复合材料，所述的自熔性合金粉是镍基合金粉。
上述的镍包石墨自润滑复合材料，所述的镍包石墨粉，按重量百分比由70-80%的镍和20-30%的石墨组成。
上述的镍包石墨自润滑复合材料，所述的自熔性合金粉和镍包石墨粉的粒度范围为 30-180 μ m。
本发明提供的采用激光熔覆涂层工艺，在基材表面制备具有耐磨和减磨性能，及自润滑性能涂层的方法如下1)按上述的配比，取自熔性合金粉和镍包石墨粉，采用球磨法或研磨法，均匀混合，制成镍包石墨自润滑复合材料；2)采用预置法或送粉法，将镍包石墨自润滑复合材料，在基体表面利用连续CO2 激光器进行激光熔覆；所述的预置法是将镍包石墨自润滑复合材料均匀预置在基体表面，厚度为O. 2-1. Omm ;所述的送粉法中控制送粉率为1. 0-6. Og/min ；3)激光熔覆参数为激光功率2. 5-4. 5KW，扫描速度2. 0-6. Omm/s,光斑直径2.0-6. Omm，搭接率10_40%，惰性气体为氩气或氦气。
本发明的原理 为根据基材表面的工况需要，在自熔性合金粉体中加入一定化学计量比的镍包石墨粉体。复合粉体经充分混合后，在惰性气体保护下，采用预置法或送粉法进行激光熔覆，以获得镍包石墨自润滑复合涂层。
本发明的有益效果是本发明以镍基为自熔性合金，使涂层具有良好的耐磨、耐蚀及抗氧化性能，同时镍基与多种基材具有良好的润湿性能，易获得稀释度低、与基体保持冶金结合的耐磨涂层。石墨作为一种固体润滑剂，其特殊的六边形薄层结构及薄层间微弱的范德华力，使石墨层间具有低的剪切强度，在受到摩擦挤压和热的作用下易在摩擦界面转移形成润滑转移膜，从而展示出高的减摩性能。本发明采用镍包石墨粉体，添加镍增强了石墨与涂层基质材料的润湿性，降低石墨颗粒的激光烧蚀，抑制石墨与涂层中的金属元素发生碳化反应，使石墨颗粒在涂层中最大程度保留原有形态，显著提高零件表面的抗摩擦磨损性能。本发明镍包石墨含量变化范围大，涂层组织均匀致密，耐磨和减磨性能优异，与基体之间具有良好的冶金结合，可满足碳钢、合金钢构件在不同工况条件下对摩擦磨损性能要求，且涂层制备过程规模化和自动化程度高，可广泛应用于航空航天、机械、汽车和军工等领域。
图1是实施例镍包石墨自润滑镍基复合涂层的XRD图谱。
图2是实施例镍包石墨自润滑镍基复合涂层的SEM形貌；图中，(a) Ni45 ；(b)Ni45+0. 12wt%Ni/C ；(c)Ni45+0. 48wt% Ni/C ；(d) Ν 45+1. 5wt%Ni/C ；(e) Ν 45+2. 61wt%Ni/C ；(f) Ν 45+3. 83wt% Ni/C。
图3是实施例镍包石墨自润滑镍基复合涂层中石墨的典型形态与分布。
图4是实施例镍包石墨自润滑镍基复合涂层显微硬度。
图5是实施例镍包石墨自润滑镍基复合涂层的摩擦系数。
图6是实施例镍包石墨自润滑镍基复合涂层的耐磨性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明的技术方案进一步说明。
实施例1 一种镍包石墨自润滑复合材料及其应用1)镍包石墨自润滑复合材料按重量百分比，取96. 17-99. 88%的粒度为 45-180 μ m的镍基合金粉和O. 12-3. 83%的粒度为38 μ m的镍包石墨粉，然后，采用球磨机对配制好的复合粉体进行均匀混合。混合时具体参数为球磨机转速300rpm，混合时间 5h,分别制成五种配比(b 99. 88%Ni45+0. 12wt%Ni/C ； c: 99. 52%Ni45+0. 48wt%Ni/C ；d: 98. 5%Ni45+l. 5wt%Ni/C ； e: 97. 39%Ni45+2. 61wt%Ni/C ； f: 96. 17%Ni45+3. 83wt%Ni/C) 的镍包石墨自润滑复合材料。其中，所述的镍包石墨粉，按重量百分比由75%的镍和25%的石墨组成；2)采用预置法，将镍包石墨自润滑复合材料均匀预`置在300M钢表面(基体表面)，厚度为1. Omm ;在氩气保护下利用5KW横流C02激光器进行多道搭接激光熔覆；3)激光熔覆参数为激光功率3. OKff,扫描速度3. Omm/s，光斑直径5. Omm,搭接率20%，惰性保护气体为氩气。
结果在钢表面形成一层镍包石墨自润滑镍基复合涂层。
实施例所得镍包石墨自润滑镍基复合涂层的XRD图谱如图1所示。由图可见，不同镍包石墨含量的复合涂层主要是由Y -N1、Ni3B、M23C6和M7C3相所组成。
实施例所得镍包石墨自润滑镍基复合涂层的SEM形貌如图2所示。可见，不同镍包石墨含量的复合涂层皆呈现出典型的树枝晶+共晶组织形貌特征。
实施例所得镍包石墨自润滑镍基复合涂层中石墨的典型形态与分布如图3所示。 可见，石墨在复合涂层中的分布十分均匀，且保持原有的球状形态特征。
实施例所得镍包石墨自润滑镍基复合涂层显微硬度如图4所示。随着镍包石墨含量的增加，复合涂层平均显微硬度由HV625逐渐增至HV700。
实施例所得镍包石墨自润滑镍基复合涂层摩擦系数如图5所示。不同镍包石墨含量的复合涂层的摩擦系数介于O. 41-0. 47之间。
实施例所得镍包石墨自润滑镍基复合涂层耐磨性能如图6所示。不同镍包石墨含量的复合涂层的磨损体积介于2r 10_3-4. 8r IO-W之间。
权利要求
1.一种镍包石墨自润滑复合材料，其特征在于按重量百分比，由95. 0-99. 9%的自熔性合金粉和O. 1-5. 0%的镍包石墨粉组成。
2.按照权利要求1所述的镍包石墨自润滑复合材料，其特征在于所述的镍包石墨粉， 按重量百分比由70-80%的镍和20-30%的石墨组成。
3.按照权利要求1或2所述的镍包石墨自润滑复合材料，其特征在于所述的自熔性合金粉和镍包石墨粉的粒度范围为30-180 μ m。
4.一种激光熔覆涂层工艺，其特征在于步骤如下1)按权利要求3所述的配比，取自熔性合金粉和镍包石墨粉，采用球磨法或研磨法，均匀混合，制成镍包石墨自润滑复合材料；2)采用预置法或送粉法，将镍包石墨自润滑复合材料，在基体表面利用连续CO2激光器进行激光熔覆；所述的预置法是将镍包石墨自润滑复合材料均匀预置在基体表面，厚度为O. 2-1. Omm ;所述的送粉法中控制送粉率为1. 0-6. Og/min ；3)激光熔覆参数为激光功率2.5-4. 5KW，扫描速度2. 0-6. Omm/s,光斑直径`2.0-6. Omm，搭接率10_40%，惰性气体为氩气或氦气。
全文摘要
本发明涉及一种镍包石墨自润滑复合材料及其应用。采用的技术方案是镍包石墨自润滑复合材料，按重量百分比，由95.0-99.9%的自熔性合金粉和0.1-5.0%的镍包石墨粉组成。激光熔覆涂层工艺的方法如下取自熔性合金粉和镍包石墨粉，采用球磨法或研磨法，均匀混合，采用预置法或送粉法；在基体表面利用连续CO2激光器进行激光熔覆。本发明镍包石墨含量变化范围大，涂层组织均匀致密，耐磨和减磨性能优异，与基体之间具有良好的冶金结合，可满足碳钢、合金钢构件在不同工况条件下对摩擦磨损性能要求，且涂层制备过程规模化和自动化程度高，可广泛应用于航空航天、机械、汽车和军工等领域。
文档编号B22F1/00GK103060614SQ20121052258
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月8日 优先权日2012年12月8日
发明者刘艳梅, 王存山, 刘标, 马超, 林国强 申请人:沈阳飞机工业(集团)有限公司