用于轴瓦材料表面的软硬交替复合涂层及其制备方法与流程

本发明属于金属表面工程技术领域，具体涉及一种用于轴瓦材料表面的软硬交替复合涂层及其制备方法。

背景技术：

普通铜合金轴瓦摩擦系数高耐磨性不强，嵌入性差，长时间工作后易抱死。优良的摩擦机械性能是长寿命轴瓦的必要条件，因此延长轴瓦铜合金工作寿命主要从减摩耐磨性能开展。目前国内外研究表明耐磨减摩涂层多使用新型合成材料，材料稀有且价格昂贵，而普通单一减摩、耐磨性能材料组成的三层软硬交替涂层则没有研究。

目前具备耐磨减摩双重作用的材料多为合成型的新型材料，价格昂贵且合成工艺复杂。常规材料性能单一。采用复合涂层技术能有效结合单一涂层材料的优点，因此合理选择材料进行涂层分布排列形成三层软硬交替涂层是新型研究内容。

现有技术中，专利文献CN 104893450A公开一种轴瓦涂层材料及喷涂工艺，所述涂层材料由以下按重量份计材料组成：聚四氟乙稀3％、二硫化钼8％、碳化硅陶瓷10％、石墨10％、余量为有机溶剂。然而，该设计涂层为单一涂层，当涂层裂纹产生时随工况时间增加裂纹会迅速扩张，从而导致涂层失效。而软硬交替复合涂层，由软涂层包裹硬质颗粒，硬涂层提高承载能力，涂层之间有缓冲作用，能有效降低并减缓裂纹产生。CN103216530A公开了一种带有复合高分子减摩涂覆层的轴瓦，所述的减摩涂料由重量百分比为5～10％的聚四氟乙烯、3～7％的二硫化钨、6～28％的石墨、1～5％的石墨烯、2～4％的二硫化钼、1～3％的碳纳米管、2～6％的刚玉、1～5％的金刚砂、1～3％的陶瓷、6～15％的氧化钛、5～8％的氟化石墨、3～16％的含氟聚酰亚胺树脂、4～10％的环氧树脂、3～20％的丙烯酸树脂、11～45％的N-甲基吡咯烷酮和0～8％的粉体表面处理剂组成。由于MoS2热膨胀系数与基体材料相差较大，当轴瓦工作时摩擦生热，在热环境和剪切力作用下涂层容易剥落。而本设计由Cu涂层、WC涂层向MoS2涂层过渡，各材料热膨胀系数差异较小，梯度效应能减小由热膨胀系数不同引起的涂层剥落问题。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种用于轴瓦材料表面的软硬交替复合涂层及其制备方法。通过在轴瓦铜合金表面采用常规低廉材料制备耐磨减摩涂层从而改善轴瓦摩擦机械性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种用于轴瓦材料表面的软硬交替复合涂层，包括由轴瓦材料表面向外依次设置的Cu涂层、WC涂层和MoS₂涂层。

优选地，所述Cu涂层厚度为15-50μm、WC涂层厚度为15-50μm，MoS₂涂层厚度为15-50μm；复合涂层总厚度不超过100μm。

本发明还提供了一种用于轴瓦材料表面的软硬交替复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

A1、对轴瓦材料进行喷砂处理后，清洗，烘干；

A2、将烘干后的轴瓦材料预热至150-200℃后，采用火焰喷涂在轴瓦材料表面依次制备Cu涂层、WC涂层；

A3、在WC涂层上采用悬浮液喷涂制备MoS₂涂层；

A4、将带有三层涂层的轴瓦材料清洗、烘干，即得所述复合涂层。

优选地，所述喷砂处理后的轴瓦材料的粗糙度为RZ 25-100μm。

优选地，步骤A2中，所述制备Cu涂层具体采用以下方法：调节火焰喷涂氧气压力为0.8～1Mpa，乙炔压力为0.07Mpa，火焰喷涂距离为250mm，喷枪移动速度为150mm/s，喷涂角度为65～85°对轴瓦材料喷涂Cu粉末。

优选地，所述Cu粉末的大小为20μm，喷涂厚度为15-50μm。

优选地，步骤A2中，所述制备WC涂层具体采用以下方法：调节火焰喷涂氧气压力为2.5Mpa，乙炔压力为0.05Mpa，火焰喷涂距离为150mm，喷枪移动速度为200mm/s，喷涂角度为65～85°对轴瓦材料喷涂WC粉末。

优选地，所述WC粉末的大小为30μm，喷涂厚度为15-50μm。

优选地，步骤A3中，所述喷涂距离为100mm，喷枪移动速度为100mm/s，喷涂角度为65-85°。

优选地，步骤A3中，所述悬浮液包括以下质量百分含量的各组分：MoS₂粉末20％-40％；环氧树脂5％-8％；有机硅树脂3％-5％；Sb₂O₃1％-5％；WS₂1％-5％；余量为混合溶液。

优选地，所述MoS₂粉末大小为10μm；所述混合溶液包括以下质量百分比的各组分：甲苯10-20％；丙酮15-25％；乙二醇乙醚20-30％，丁酮25-35％。

优选地，所述步骤A1中，清洗具体采用：在丙酮溶液中进行超声震荡清洗20min；所述烘干条件为：80℃烘箱中烘30min。

优选地，所述步骤A4中，清洗具体采用：在丙酮溶液中进行超声震荡清洗10min；所述烘干条件为：80℃烘箱中烘30min。

本发明中，所述Cu涂层采用火焰喷涂方法制备，Cu涂层热膨胀系数与轴瓦材料相近，可提高涂层与轴瓦材料的粘接性能，提高涂层结合强度。所述WC涂层采用火焰喷涂方法制备，所述WC为硬陶瓷材料，硬度高，可提高轴瓦材料抗磨性能和承重载性能。所述MoS₂涂层采用悬浮液喷涂方法制备，所述MoS₂为自润滑软材料，MoS₂涂层能包裹硬质涂层磨粒，降低涂层的摩擦系数，使轴瓦具有自润滑性能。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：通过在轴瓦材料上制备软硬交替涂层，提高了轴瓦耐磨减摩性能，提高了轴瓦承载能力，提高轴瓦嵌入性能，从而提高了轴瓦工作寿命和防抱死性能。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的用于轴瓦材料表面的软硬交替复合涂层结构图；

其中，1-Cu涂层；2-WC涂层；3-MoS₂涂层；

图2为轴瓦材料的摩擦系数测试结果。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例提供了一种用于轴瓦材料表面的软硬交替复合涂层，如图1所示，包括由轴瓦材料表面向外依次设置的Cu涂层、WC涂层和MoS₂涂层。所述Cu涂层厚度为15-50μm、WC涂层厚度为15-50μm，MoS₂涂层厚度为15-50μm。所述复合涂层总厚度不超过100μm。

本实施例还提供了一种用于轴瓦材料表面的软硬交替复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

1.轴瓦内表面进行喷砂处理使粗糙度达到RZ 25-100μm，将喷涂后轴瓦材料放入丙酮溶液中进行超声震荡清洗10min，清洗后将轴瓦材料放在80℃烘箱中烘干30min。

2.利用火焰喷涂制备Cu软涂层。先将轴瓦预热至150-200℃。调节火焰喷涂氧气压力为0.8～1Mpa，乙炔压力为0.07Mpa，火焰喷涂距离为250mm，喷枪移动速度为150mm/s，喷涂角度为65-85°。Cu粉末大小为20μm，Cu为软金属，在轴瓦表面首先制备一层Cu软涂层。

3.利用火焰喷涂制备WC涂层。先将带有Cu涂层的轴瓦基体预热至150-200℃。调节火焰喷涂氧气压力为2.5Mpa，乙炔压力为0.05Mpa，火焰喷涂距离为150mm，喷枪移动速度为200mm/s，喷涂角度为65-85°。WC粉末大小为30μm，WC为硬陶瓷材料，在Cu涂层表面制备一层WC硬涂层。

4.利用悬浮液喷涂法制备MoS₂涂层。先将带有Cu涂层和WC涂层的轴瓦基体预热至150-200℃。喷涂距离为100mm，喷枪移动速度为100mm/s，喷涂角度为65-85°。MoS₂粉末大小为10μm，MoS₂粉末配比为20％-40％；环氧树脂5％-8％；有机硅树脂3％-5％；Sb₂O₃1％-5％；WS₂1％-5％；混合溶液为余量。混合溶液配比为甲苯10-20％；丙酮15-25％；乙二醇乙醚20-30％，丁酮20-35％。喷涂后在烘箱中保温2小时，温度为200℃。MoS₂为软材料，在Cu涂层表面制备一层MoS₂软涂层。

5.将带有三层涂层的轴瓦放入丙酮溶液中进行超声震荡清洗20min，清洗后将轴瓦材料放在80℃烘箱中烘干30min，最终在轴瓦表面形成软硬交替复合涂层。

本实施例制备的喷涂软硬交替复合涂层的轴瓦材料的摩擦系数如图2所示，检测设备为美国UTM-2(CETR)多功能摩擦磨损实验机，实验载荷10N，速度15mm/s，时间10min。结果表明，与未涂覆软硬交替复合涂层的轴瓦材料相比，摩擦系数显著降低。

本实施例制备的喷涂软硬交替复合涂层的轴瓦基体最大等效应力为61.638Mpa,而相同条件下无复合涂层的轴瓦基体最大等效应力为85.867Mpa，软硬交替复合涂层能有效降低轴瓦基体等效应力。仿真条件：ANSYS Workbench 15.0.载荷5N，速度10mm/s，显示动力学仿真。结果表明，与未涂覆软硬交替复合涂层的轴瓦材料相比，承载能力显著提高。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。