NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2高温固体自润滑耐磨涂层的制作方法

本发明总体涉及耐磨涂层领域，具体涉及采用超音速火焰喷涂技术制备nicocraly/cr2o3-ag-caf2.baf2高温固体自润滑耐磨涂层。

背景技术：

镍基高温固体润滑耐磨涂层材料具有很好的高温强度、耐高温热腐蚀性能和耐高温氧化性能，已作为高温防护涂层材料广泛应用于航空航天、电力、核能和冶金等领域的高温相对运转部件上。但是随着工业的快速发展，现有的高温涂层材料已不能满足使用要求，迫切需要研制一种新型的宽温域的涂层材料。

目前，对于镍基高温固体润滑耐磨涂层材料的研究相对较多，但是，对于采用超音速喷涂技术制备nicocraly/cr2o3-ag-caf2.baf2固体润滑耐磨涂层材料还未见报道。g.kim等人采用等离子喷涂制备了nicr-cr2o3-ag-caf2/baf2涂层，研究了h2流量对涂层微观结构和性能的影响，研究发现：随着h2流量的增加，涂层中cr2o3的含量增加，而ag的含量减少，涂层的结合强度和维氏硬度均增加。h.yang等人采用等离子喷涂制备了纳米cr2o3增强nicr-cr2o3-ag-caf2/baf2涂层，并与非纳米cr2o3增强nicr-cr2o3-ag-caf2/baf2复合涂层进行了对比。研究发现：纳米cr2o3增强涂层具有更好的显微结构和机械性能，涂层各相分布更加均匀，同时涂层的显微硬度和结合强度也更高。dingch等人采用高能球磨和粉末冶金技术制备了pm304涂层，研究了涂层的结构与性能。研究发现：pm304涂层结构致密，涂层具有良好的结合强度和耐磨性能。徐娜等人采用等离子喷涂技术制备了nicr-cr2o3-ag-caf2/baf2涂层，研究了热处理对涂层结构和性能的影响。研究发现：650℃热处理12或24h后，涂层结合强度增加；800℃时，baf2氧化严重，涂层组织疏松，结合强度明显降低。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种nicocraly/cr2o3-ag-caf2.baf2高温固体自润滑耐磨涂层及其制备方法，该涂层主要应用于航空航天、电力、冶金等高温相对运转部件上。

根据本发明的nicocraly/cr2o3-ag-caf2.baf2复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

(1)按一定化学计量比称量cr2o3、ni、cr、co、al、y、ag和caf2.baf2粉体，并和去离子水混合均匀，让后，放入球磨混料装置，球磨混料4～6h；

(2)将混合好的料浆加入粘结剂，用搅拌器混合均匀，并加入少量消泡剂以去除料浆中的气泡，采用离心喷雾造粒干燥机对料浆进行喷雾造粒；

(3)将造粒好的粉体在惰性气氛下进行合金化，合金化温度为950℃，保温时间为8h；

(4)将合金化后的粉体进行破碎，并振动筛进行筛分，取粒径为20～45μm之间的颗粒用于超音速火焰喷涂；

(5)把基体放在丙酮中超声清洗，以除去基体表面的油渍和其它物质；干燥后，采用吸入式干喷砂机对基体表面进行喷砂预处理；

(6)采用超音速火焰喷涂设备制备涂层，经优化的喷涂参数如下：氧气流量50m³/h，喷涂距离350mm，送粉量30～40g/min，航空煤油21l/h。

具体情况下，步骤(1)中各组分的重量配比为：ni：co：cr：al：y＝74：2.5：17.5：5.5：0.5；nicocraly：40％～60％；cr2o3：38％～50％；ag：1％～10％；caf2.baf2：1％～10％。

等离子喷涂nicr-cr2o3-ag-caf2/baf2涂层具有较好的润滑和耐磨性能，但是涂层的孔隙率相对较高，涂层抗氧化性能较差。本发明采用超音速火焰喷涂技术制备的nicocraly/cr2o3-ag-caf2.baf2涂层材料，结构更加致密，采用灰度法测得涂层中孔隙率为0.36±0.05％，仅为等离子喷涂涂层的1/7。同时，该涂层具有高的显微硬度和结合强度，其室温下的摩擦系数约为0.7左右，而800℃时，摩擦系数约为0.3左右，均比等离子喷涂涂层要低。其中ag的添加能够保持低温段(室温-400℃)的润滑性能，caf2.baf2的添加能够保持高温段(400℃-1000℃)的润滑性能，从而使得涂层具有宽温域自润滑耐磨性能。nicocraly/cr2o3-ag-caf2.baf2涂层中由于基体中加入了al元素，使得涂层的抗氧化性能更好。

附图说明

图1为本发明的nicocraly/cr2o3-ag-caf2.baf2涂层的制备工艺流程图。

图2为超音速火焰喷涂nicocraly/cr2o3-ag-caf2.baf2涂层的摩擦系数随温度的变化。

图3为超音速火焰喷涂nicocraly/cr2o3-ag-caf2.baf2复合涂层的磨损率随温度的变化。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进行详细说明，本发明不受这些制造实施例所限。

本发明采用超音速火焰喷涂技术制备nicocraly/cr2o3-ag-caf2.baf2复合涂层，其制备工艺流程如图1所示。

具体制备过程分为两部分：

1.粉体的制备

(1)按一定化学计量比称量cr2o3、ni、cr、co、al、y、ag和caf2.baf2粉体，并和去离子水按一定比例混合均匀，让后，放入球磨混料装置，球磨混料4～6h。

各组分的重量配比为：ni：co：cr：al：y＝74：2.5：17.5：5.5：0.5；nicocraly：40％～60％；cr2o3：38％～50％；ag：1％～10％；caf2.baf2：1％～10％，其中caf2.baf2为caf2和baf2的混合粉体，二者之间的摩尔比为1：1。

(2)将混合好的料浆加入一定量的粘结剂，用jj-1增力电动搅拌器混合均匀，并加入少量消泡剂以去除料浆中的气泡，采用lgz高速离心喷雾造粒干燥机对料浆进行喷雾造粒。

(3)将造粒好的粉体在惰性气氛下进行合金化，合金化温度为950℃，保温时间为8h。

(4)将合金化后的粉体进行破碎，并振动筛进行筛分，取粒径为20～45μm之间的颗粒用于超音速火焰喷涂。

2.涂层的制备

(1)把基体放在丙酮中超声清洗10min，以除去基体表面的油渍和其它物质。干燥后，采用gs-943型吸入式干喷砂机对ni基高温合金基体表面进行喷砂预处理。

(2)采用tⅰ-ⅱ3200cy型超音速火焰喷涂设备制备涂层，经优化的喷涂参数如下：氧气流量50m³/h，喷涂距离350mm，送粉量30～40g/min，航空煤油21l/h。

实施例1

nicocraly/cr2o3-ag-caf2.baf2复合涂层，其组成为：ni：co：cr：al：y＝74：2.5：17.5：5.5：0.5；nicocraly：50％；cr2o3：40％；ag：5％；caf2.baf2：5％。采用喷雾造粒和固相合金化技术制备出复合粉体，并采用超音速火焰喷涂技术在镍基高温合金表面沉积涂层材料，测试其摩擦系数和磨损率。

图2所示为超音速火焰喷涂nicocraly/cr2o3-ag-caf2.baf2涂层的摩擦系数随温度的变化。如图所示，超音速火焰喷涂nicocraly/cr2o3-ag-caf2.baf2复合涂层的摩擦系数随着温度的升高逐渐降低，在800℃时，摩擦系数最低，约为0.3左右，这主要是因为在高温下，涂层表面生成了caf2.baf2润滑膜的原因。

图3为超音速火焰喷涂nicocraly/cr2o3-ag-caf2.baf2复合涂层的磨损率随温度的变化。如图所示，涂层的磨损率随着温度的升高先增大后减小，在200℃时，磨损率达到最大，约为7.76×10^-4mm³/nm；而在在800℃时，磨损率达到最小，约为2.75×10^-4mm³/nm。这主要是因为在高温下caf2.baf2发生软化，软化后的caf2.baf2在剪应力的作用下，在涂层表面生成润滑膜的原因。

结论：通过测试其800℃时，摩擦系数和磨损率最低，分别为0.3和2.75×10^-4mm³/nm。

实施例2

nicocraly/cr2o3-ag-caf2.baf2复合涂层，其组成为：ni：co：cr：al：y＝74：2.5：17.5：5.5：0.5；nicocraly：45％；cr2o3：45％；ag：2.5％；caf2.baf2：7.5％：。采用喷雾造粒和固相合金化技术制备出复合粉体，并采用超音速火焰喷涂技术在镍基高温合金表面沉积涂层材料，测试其摩擦系数和磨损率。

结论：通过测试其800℃时，摩擦系数和磨损率最低，分别为0.38和2.52×10^-4mm³/nm。

实施例3

nicocraly/cr2o3-ag-caf2.baf2复合涂层，其组成为：ni：co：cr：al：y＝74：2.5：17.5：5.5：0.5；nicocraly：40％；cr2o3：50％；ag：5％；caf2.baf2：5％。采用喷雾造粒和固相合金化技术制备出复合粉体，并采用超音速火焰喷涂技术在镍基高温合金表面沉积涂层材料，测试其摩擦系数和磨损率。

结论：通过测试其800℃时，摩擦系数和磨损率最低，分别为0.32和2.68×10^-4mm³/nm。

实施例4

nicocraly/cr2o3-ag-caf2.baf2复合涂层，其组成为：ni：co：cr：al：y＝74：2.5：17.5：5.5：0.5；nicocraly：60％；cr2o3：38％；ag：1％；caf2.baf2：1％。采用喷雾造粒和固相合金化技术制备出复合粉体，并采用超音速火焰喷涂技术在镍基高温合金表面沉积涂层材料，测试其摩擦系数和磨损率。

结论：通过测试其800℃时，摩擦系数和磨损率最低，分别为0.40和2.48×10^-4mm³/nm。

本领域技术人员应当理解，以上实施例仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的原则和精神以内，所做的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。