一种抗氢脆、自润滑的车用轴瓦涂层及制备方法与流程

本发明属于汽车材料，尤其是涉及一种抗氢脆、自润滑的车用轴瓦涂层及制备方法。

背景技术：

1、近年来，为了响应国家“碳达峰、碳中和”号召，践行“绿色出行”理念，众多车企将目光瞄准新能源市场。氢能源汽车，可深度脱碳降碳、降低汽车对石油的依赖性。氢能源汽车主要分成两大技术路线，一是氢燃料电池，依靠电堆中的氢气与氧气发生电化学反应，产生电能驱动。但是受储氢系统技术、成本、寿命和可靠性诸多因素的制约，目前氢燃料电池汽车还未市场化运行；另一条技术路线就是氢内燃机，保留传统内燃机的主要架构和系统，增加了氢气喷射系统，此技术路线不需要重新架构产业链，技术实现的难度和成本投入远小于氢燃料电池。

2、氢内然机在实现“零碳排放，近零污染”的同时，也会随之带来一些问题：由于氢燃烧后会产生水，水会造成机油的乳化，并且与汽油、柴油相比，氢没有任何润滑效果，造成零件之间干摩擦，另外未燃烧充分的氢渗入发动机部件，将导致氢脆，因此氢内燃机对发动机零件，尤其是摩擦零件提出了更高的要求。

3、轴瓦是发动机中的一种摩擦部件，既承担着保护轴与座孔之间的摩擦，同时又要传递轴的运动载荷。正常工作中，轴瓦与轴之间要求有一层很薄的油膜，使轴瓦和轴表面分开而不直接接触，减小摩擦损失和表面磨损。而对于氢内燃机，机油的乳化会恶化轴瓦的润滑环境，加之氢渗入的影响，就要求轴瓦本身除了具备足够的强度、耐高温能力和自润滑能力外，还要具备抗氢脆的能力。传统的轴瓦一般采用双金属，第一层采用低碳钢板作为钢背，第二层是在钢背上通过轧制或者烧结的方式附着一层合金层，比较常见的合金层有铝锡合金或者铜基合金，为了提高轴瓦的耐磨性，现有技术公开了在合金层基础上添加自润滑涂层的技术方案。例如，公开号cn104879385a的中国专利申请公开了一种含二硫化钼涂层及其应用于轴瓦喷涂的工艺，所述涂层的材料组份按重量份计为聚四氟乙稀3％、二硫化钼8％、三氧化二铁2％、碳化硅陶瓷4％、石墨4％、锌粉0.2％、环氧树脂35％、余量为二甲基乙酰胺，本发明公开的工艺包括清洗抛光、一次烘干、一次超声波去油、二次烘干、二次超声波去油、三次烘干、喷砂、一次喷涂、二次喷涂、加热固化和检验分装步骤，该专利技术方案通过涂层材料和喷涂工艺的结合，使涂层与轴瓦合金层的粘合性显著提高，涂层均匀度更好，涂层不易脱落，产品合格率高。但是，该技术方案中的自润滑涂层不具备抗氢脆能力，不适用氢内然机。

技术实现思路

1、本发明要解决的第一个技术问题是提供一种抗氢脆、自润滑的车用轴瓦涂层。

2、本发明要解决的第二个技术问题是提供一种抗氢脆、自润滑的车用轴瓦涂层的制备方法。

3、为解决上述第一个技术问题，发明采用如下的技术方案：

4、一种抗氢脆、自润滑的车用轴瓦涂层，包括如下重量份数的原料：

5、

6、

7、作为一种实施方式，所述石墨碳粉和mos2粉d90为3-5μm；所述nicocr粉、bn粉、nial粉和ws2粉d90为2-10μm。

8、为解决上述第二个技术问题，发明采用如下的技术方案：

9、一种抗氢脆、自润滑的车用轴瓦涂层的制备方法，包括如下步骤：

10、s1：将55-65份nicocr粉、3-5份bn粉、12-16份nial粉、1-22份ws2粉、6-8份石墨碳粉末和2-5份mos2粉加入无水乙醇中搅拌成糊状浆料，再将浆料加入到混料机进行球磨混料，得到混合细浆料；

11、s2：向混合细浆料加入粘结剂，然后装入加热反应釜中继续混合搅拌，混合搅拌期间加入去离子水，使浆料保持良好的流动性即可，然后将浆料泵入喷雾干燥机进行喷雾干燥造粒，制得颗粒；

12、s3：将步骤s2制得的颗粒置于烧结炉中烧结，烧结期间有氩气保护气氛；

13、s4：烧结后用破碎机破碎，再用筛网筛分获得喷涂粉末；

14、s5：选用st12钢背+alsn合金层复合的轴瓦作为基体；将基体进行机械抛光，置于丙酮中超声波清洗，然后烘干；

15、s6：将轴瓦基体进行预热，使基体表面温度控制在80-130℃；

16、s7：将步骤s4制得的喷涂粉末喷涂到轴瓦基体合金层表面，形成涂层；

17、s8：将喷涂后的轴瓦放到加热炉中加热，保温，然后取出自然冷却至常温。

18、作为一种实施方式，步骤s1中，所述无水乙醇和原料的体积重量比为0.8-1ml/g。

19、作为一种实施方式，步骤s1中，所述球磨使用al2o3球。

20、作为一种实施方式，步骤s1中，所述球磨混料的时间为40-60分钟。

21、作为一种实施方式，步骤s2中，所述粘结剂的添加量为1-3份。

22、作为一种实施方式，步骤s2中，所述去离子水的添加量为0.4-0.8ml/g。

23、作为一种实施方式，步骤s3中，所述烧结的温度为650-900℃。

24、作为一种实施方式，步骤s4中，所述筛网的目数为100-300目。

25、作为一种实施方式，步骤s7中，所述喷涂采用大气等离子体喷涂方式，喷涂参数条件为：通入保护气体，氩气流量60-140nplm，氢气流量3-8nplm，喷涂距离60-100mm，电流400-500a，载气流量是2.5-5slpm，转台转速50-200r/min，送粉速率10-60g/min，喷枪移动速度2-10mm/s，喷涂功率38-45kw；所述喷涂粉末的松装密度为2.0-3.0g/cm3。

26、作为一种实施方式，步骤s7中，涂层厚度为150-300μm。

27、作为一种实施方式，步骤s8中，所述加热的温度为150-180℃，保温的时间为30-60分钟。

28、本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。

29、如无特殊说明，本发明中的各原料均可通过市售购买获得，本发明中所用的设备可采用所属领域中的常规设备或参照所属领域的现有技术进行。

30、与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果：

31、1)本发明的涂层中加入了大量的石墨碳、mos2、bn、ws2等固体润滑剂，起到自润滑的作用，使轴瓦具有更优异的减摩耐磨性能；

32、2)本发明的涂层中加入了ni、al、cr等元素，形成合金化合物，可以有效抵御氢渗，使轴瓦在氢内燃机的使用环境下具有抗氢脆的能力。

33、3)本发明通过合理控制基体温度和喷涂工艺参数，可以有效解决喷涂粉末与轴瓦基体间热膨胀系数不同而产生的涂层剥落问题。

技术特征：

1.一种抗氢脆、自润滑的车用轴瓦涂层，其特征在于，包括如下重量份数的原料：

2.根据权利要求1所述抗氢脆、自润滑的车用轴瓦涂层，其特征在于：所述石墨碳粉和mos2粉d90为3-5μm；所述nicocr粉、bn粉、nial粉和ws2粉d90为2-10μm。

3.如权利要求1-2中任一所述抗氢脆、自润滑的车用轴瓦涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述抗氢脆、自润滑的车用轴瓦涂层的制备方法，其特征在于：步骤s1中，所述无水乙醇和原料的体积重量比为0.8-1ml/g；所述球磨使用al2o3球；所述球磨混料的时间为40-60分钟。

5.根据权利要求3所述抗氢脆、自润滑的车用轴瓦涂层的制备方法，其特征在于：步骤s2中，所述粘结剂的添加量为1-3份；所述去离子水的添加量为0.4-0.8ml/g。

6.根据权利要求3所述抗氢脆、自润滑的车用轴瓦涂层的制备方法，其特征在于：步骤s3中，所述烧结的温度为650-900℃。

7.根据权利要求3所述抗氢脆、自润滑的车用轴瓦涂层的制备方法，其特征在于：步骤s4中，所述筛网的目数为100-300目。

8.根据权利要求3所述抗氢脆、自润滑的车用轴瓦涂层的制备方法，其特征在于：步骤s7中，所述喷涂采用大气等离子体喷涂方式，喷涂参数条件为：通入保护气体，氩气流量60-140nplm，氢气流量3-8nplm，喷涂距离60-100mm，电流400-500a，载气流量是2.5-5slpm，转台转速50-200r/min，送粉速率10-60g/min，喷枪移动速度2-10mm/s，喷涂功率38-45kw；所述喷涂粉末的松装密度为2.0-3.0g/cm3。

9.根据权利要求3所述抗氢脆、自润滑的车用轴瓦涂层的制备方法，其特征在于：步骤s7中，涂层厚度为150-300μm。

10.根据权利要求3所述抗氢脆、自润滑的车用轴瓦涂层的制备方法，其特征在于：步骤s8中，所述加热的温度为150-180℃，保温的时间为30-60分钟。

技术总结
本发明公开了一种抗氢脆、自润滑的车用轴瓦涂层及制备方法，所述车用轴瓦涂层包括如下重量份数的原料：NiCoCr粉55‑65份；BN粉3‑5份；石墨碳粉6‑8份；MoS2粉2‑5份；NiAl粉12‑16份；WS2粉1‑22份。本发明还公开了其制备方法。本发明的涂层中加入了大量的石墨碳、MoS2、BN、WS2等固体润滑剂，起到自润滑的作用，使轴瓦具有更优异的减摩耐磨性能；本发明的涂层中加入了Ni、Al、Cr等元素，形成合金化合物，可以有效抵御氢渗，使轴瓦在氢内燃机的使用环境下具有抗氢脆的能力。本发明通过控制基体温度和喷涂工艺参数，可以有效解决喷涂粉末与轴瓦基体间热膨胀系数不同而产生的涂层剥落问题。

技术研发人员：张薇,常连霞,胡悦,张国政,邵亮,李文平
受保护的技术使用者：中国第一汽车股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16