本发明属于固体自润滑涂层技术领域，涉及一种固体自润滑钼涂层；本发明还涉及该钼涂层的制备方法。
背景技术：
润滑是改善材料摩擦磨损性能的一个重要途径，一种应用最广泛的传统的润滑方式是的润滑油或润滑脂，但其不适用于长期处于高温、高速、高载荷、干摩擦状态下的零部件，由于其适用温度范围较窄，且随着工作温度升高，其润滑性能下降，同时还会造成环境污染等问题。固体自润滑材料在使用性能上极大地弥补了传统润滑方式的不足。目前固体自润滑材料主要有聚合物、石墨、mos2等，但是这些固体自润滑材料在工况温度高于300℃时容易分解、氧化失效，从而导致其失去润滑作用。
目前常见的制备固体自润滑涂层的方法主要有热喷涂、埋渗法、料浆法、磁控溅射法等。热喷涂法制备的涂层孔隙率高、涂层与基体的结合强度低，在高温环境下容易氧化、剥落失效。埋渗法工艺过程复杂、渗层元素不易控制且渗层深度较浅，一般埋渗温度较高，对基体性能有较大影响。料浆法制备涂层涂覆均匀性差、涂层中易于产生气孔等缺陷且涂覆后需要在高温下烧结，烧结温度对基体性能影响亦较大。磁控溅射法制备的涂层一般厚度只有几微米、沉积效率低、成本高昂，摩擦磨损时涂层容易剥落失效，涂层使用寿命短。
研究发现moo3作为一种低摩擦系数材料，具有优良的固体自润滑功能。等离子弧喷焊技术是应用氩气等离子弧作为高温热源，将金属直接熔敷在工件表面上，形成冶金结合，制备的涂层致密、结合强度高、成分容易控制，具有成形性好、稀释率低、生产率高、劳动强度低的优点。由于等离子弧喷焊制备的涂层厚度一般都有几个毫米，显著地延长了涂层的使用寿命。因此，采用等离子弧喷焊技术在铁基零部件表面制备一种高钼元素含量的涂层，有望发展一种新型固体自润滑涂层。在大气气氛中，当零部件在高速运转时，零部件表面温度急剧升高，使其表面钼元素逐渐氧化并形成低摩擦系数的三氧化钼转移膜，从而有效提高零部件的摩擦磨损性能。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种固体自润滑钼涂层，具有明显提高铁基零部件的摩擦磨损性能，延长其使用寿命的特点。
本发明的另一个目的是提供一种固体自润滑钼涂层的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，一种固体自润滑钼涂层，涂层中mo元素含量为20-80at％，非晶体含有0～15vol％、钼单质含量为0～40vol％，涂层厚度为1-5mm。
本发明所采用的另一个技术方案是，一种固体自润滑钼涂层及其制备方法，具体步骤如下：
步骤1、筛选粒径30-150μm、粉体纯度大于95at％钼粉；
步骤2、粗喷焊工件选择铁基合金材料，用无水乙醇润湿脱脂棉擦拭粗喷焊工件，去除粗喷焊工件表面油污，并干燥备用，得到净喷焊工件；
步骤3、把钼粉装入送粉器；
步骤4、将净喷焊工件置于马弗炉中，预热至100-600℃，保温5min-30min，得到待喷焊工件；
步骤5、将待喷焊工件从马弗炉中取出，并放置于喷焊工位上，采用喷焊工艺参数，在待喷焊工件表面进行涂层喷焊，得到成品喷焊工件；
步骤6、步骤5结束后，将成品喷焊工件移至马弗炉中随炉缓冷。
本发明的特点还在于，
步骤5中喷焊参数为等离子气ar：200-700毫升/分钟，送粉气ar：200-800毫升/分钟，保护气ar：600-1000毫升/分钟，非转移弧电压为20-30v、电流20-30a，转移弧电压170-250v、电流90-130a，喷焊速度为20-120mm/min，送粉速率为8-60g/min，喷焊宽度为5-45mm。
本发明的有益效果是：
(1)本发明一种固体自润滑钼涂层，其热稳定性可以达到1200℃，从而保证了涂层从室温到800℃的宽温域范围内具有优良的固体自润滑效果。
(2)本发明一种固体自润滑钼涂层，有效降低了铁基工件运转时的摩擦系数，可显著降低高温、高速运转中的机械零部件的磨损，提高了工件耐磨性，延长其使用寿命。
(3)本发明一种固体自润滑钼涂层的制备方法，制备工艺简单、涂层成分可控、成本低廉，具有重要的工业应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种固体自润滑钼涂层，涂层中mo元素含量为20-80at％，非晶体含有0～15vol％、钼单质含量为0～40vol％，涂层厚度为1-5mm。
一种固体自润滑钼涂层的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、筛选粒径30-150μm、粉体纯度大于95at％钼粉；
步骤2、粗喷焊工件选择铁基合金材料，用无水乙醇润湿脱脂棉擦拭粗喷焊工件，去除粗喷焊工件表面油污，并干燥备用，得到净喷焊工件；
步骤3、把钼粉装入送粉器；
步骤4、将净喷焊工件置于马弗炉中，预热至100-600℃，保温5min-30min，得到待喷焊工件；
步骤5、将待喷焊工件从马弗炉中取出，并放置于喷焊工位上，采用喷焊工艺参数，在待喷焊工件表面进行涂层喷焊，得到成品喷焊工件；
步骤6、步骤5结束后，将成品喷焊工件移至马弗炉中随炉缓冷。
步骤5喷焊工艺参数为：等离子气ar：200-700毫升/分钟，送粉气ar：200-800毫升/分钟，保护气ar：600-1000毫升/分钟，非转移弧电压为20-30v、电流20-30a，转移弧电压170-250v、电流90-130a，喷焊速度为20-120mm/min，送粉速率为8-60g/min，喷焊宽度为5-45mm。
一种固体自润滑钼涂层的制备方法，其原理是：采用等离子弧喷焊技术，以球形金属纯钼粉为喷焊金属，在铁基工件表面熔敷1-5mm的金属钼涂层，利用工件运转时产生的摩擦热在工件表面原位形成一层低摩擦系数的moo3转移膜，对工件起到固体自润滑的效果，从而发展了一种新型的固体自润滑涂层。
采用本发明一种固体自润滑钼涂层的制备方法，其优点在于：制备工艺简单、涂层成分可控、成本低廉，具有重要的工业应用前景，制备出的固体自润滑钼涂层可显著降低高温、高速运转中的机械零部件的磨损，提高了工件耐磨性，延长其使用寿命。
实施例1
一种固体自润滑钼涂层的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、筛选粒径30-150μm、粉体纯度大于95at％钼粉；
步骤2、粗喷焊工件选择铁基合金材料，用无水乙醇润湿脱脂棉擦拭粗喷焊工件，去除粗喷焊工件表面油污，并干燥备用，得到净喷焊工件；
步骤3、把钼粉装入送粉器；
步骤4、将净喷焊工件置于马弗炉中，预热至100℃，保温30min，得到待喷焊工件；
步骤5、将待喷焊工件从马弗炉中取出，并放置于喷焊工位上，采用喷焊工艺参数，采用喷焊工艺参数为：等离子气ar：200毫升/分钟，送粉气ar：300毫升/分钟，保护气ar：600毫升/分钟，非转移弧电压为25v、电流25a，转移弧电压210v、电流90a，喷焊速度为30mm/min，送粉速率为15g/min，喷焊宽度为15mm，在待喷焊工件表面进行涂层喷焊，得到成品喷焊工件；
步骤6、步骤5结束后，将成品喷焊工件移至马弗炉中随炉缓冷。
采用上述步骤制备出的固体自润滑钼涂层的厚度为3mm，涂层平均显微硬度达到hv0.31300。与氧化锆陶瓷片对磨，加载载荷30n，在室温大气环境下滑动干摩擦磨损试验测试，经30min摩擦磨损测试后，摩擦系数为0.44，涂层磨损率为2×10-7g/n·m。
实施例2
一种固体自润滑钼涂层的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、筛选粒径30-150μm、粉体纯度大于95at％钼粉；
步骤2、粗喷焊工件选择铁基合金材料，用无水乙醇润湿脱脂棉擦拭粗喷焊工件，去除粗喷焊工件表面油污，并干燥备用，得到净喷焊工件；
步骤3、把钼粉装入送粉器；
步骤4、将净喷焊工件置于马弗炉中，预热至300℃，保温20min，得到待喷焊工件；
步骤5、将待喷焊工件从马弗炉中取出，并放置于喷焊工位上，采用喷焊工艺参数，采用喷焊工艺参数为：等离子气ar：300毫升/分钟，送粉气ar：200毫升/分钟，保护气ar：1000毫升/分钟，非转移弧电压为30v、电流25a，转移弧电压220v、电流100a，喷焊速度为45mm/min，送粉速率为25g/min，喷焊宽度为25mm，在待喷焊工件表面进行涂层喷焊，得到成品喷焊工件；
步骤6、步骤5结束后，将成品喷焊工件移至马弗炉中随炉缓冷。
采用上述步骤制备出的固体自润滑钼涂层的厚度为2mm，涂层平均显微硬度达到hv0.31150。与氧化锆陶瓷片对磨，加载载荷15n，在220℃大气环境下滑动干摩擦磨损试验测试，经30min摩擦磨损测试后，摩擦系数为0.33，涂层磨损率为1.5×10-7g/nm。
实施例3
一种固体自润滑钼涂层的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、筛选粒径30-150μm、粉体纯度大于95at％钼粉；
步骤2、粗喷焊工件选择铁基合金材料，用无水乙醇润湿脱脂棉擦拭粗喷焊工件，去除粗喷焊工件表面油污，并干燥备用，得到净喷焊工件；
步骤3、把钼粉装入送粉器；
步骤4、将净喷焊工件置于马弗炉中，预热至300℃，保温20min，得到待喷焊工件；
步骤5、将待喷焊工件从马弗炉中取出，并放置于喷焊工位上，采用喷焊工艺参数，采用喷焊工艺参数为：等离子气ar：400毫升/分钟，送粉气ar：600毫升/分钟，保护气ar：800毫升/分钟，非转移弧电压为30v、电流25a，转移弧电压200v、电流110a，喷焊速度为45mm/min，送粉速率为30g/min，喷焊宽度为20mm，在待喷焊工件表面进行涂层喷焊，得到成品喷焊工件；
步骤6、步骤5结束后，将成品喷焊工件移至马弗炉中随炉缓冷。
采用上述步骤制备出的固体自润滑钼涂层的厚度为3mm，涂层平均显微硬度达到hv0.31350。与氧化锆陶瓷片对磨，加载载荷20n，在420℃大气环境下滑动干摩擦磨损试验测试，经30min摩擦磨损测试后，摩擦系数为0.21，涂层磨损率为3.2×10-7g/nm。
实施例4
一种固体自润滑钼涂层的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、筛选粒径30-150μm、粉体纯度大于95at％钼粉；
步骤2、粗喷焊工件选择铁基合金材料，用无水乙醇润湿脱脂棉擦拭粗喷焊工件，去除粗喷焊工件表面油污，并干燥备用，得到净喷焊工件；
步骤3、把钼粉装入送粉器；
步骤4、将净喷焊工件置于马弗炉中，预热至350℃，保温30min，得到待喷焊工件；
步骤5、将待喷焊工件从马弗炉中取出，并放置于喷焊工位上，采用喷焊工艺参数，采用喷焊工艺参数为：等离子气ar：700毫升/分钟，送粉气ar：800毫升/分钟，保护气ar：900毫升/分钟，非转移弧电压为30v、电流30a，转移弧电压190v、电流110a，喷焊速度为30mm/min，送粉速率为45g/min，喷焊宽度为30mm，在待喷焊工件表面进行涂层喷焊，得到成品喷焊工件；
步骤6、步骤5结束后，将成品喷焊工件移至马弗炉中随炉缓冷。
采用上述步骤制备出的固体自润滑钼涂层厚度为4.5mm，涂层平均显微硬度达到hv0.31400。与氧化锆陶瓷片对磨，加载载荷10n，在620℃大气环境下滑动干摩擦磨损试验测试，经30min摩擦磨损测试后，摩擦系数为0.18，涂层磨损率为2.8×10-7g/nm。