一种生成减摩性多孔结构修复涂层的方法技术

一种生成减摩性多孔结构修复涂层的方法，包括以下步骤：步骤1：基体表面预处理，抛光处理，表面清洗，蒸馏水清洗基体表面，后用丙酮擦洗约5分钟除油处理；配置电解液：五水硫酸铜250‑300g/L，浓硫酸50g/L，电解液温度25℃；工艺参数：矩形喷嘴口径10×1mm，圆形喷嘴口径1‑3mm，喷嘴与基体距离2‑10mm，电流两种配置方式分别为直流和脉冲，针对性地控制两大参数：扫描层数，设定数控设备参数。

Method for producing anti friction porous structure repairing coating

A method of generating antifriction porous structure repair coating, which comprises the following steps: Step 1: substrate surface pretreatment, polishing, surface cleaning, cleaning the surface of the substrate of distilled water, scrub with acetone after about 5 minutes in oil processing; configuration of electrolyte: copper sulfate five water 250 300g/L, 50g/L concentrated sulfuric acid electrolyte. The temperature of 25 DEG C; process parameters: rectangular nozzle diameter of 10 * 1mm, 1 3mm diameter circular nozzle, the nozzle and the substrate distance of 2 10mm, current two configurations are DC and pulse to control two parameters: scanning layer, set the parameters of CNC equipment.

【技术实现步骤摘要】
一种生成减摩性多孔结构修复涂层的方法
本专利技术涉及一种生成减摩性多孔结构修复涂层的方法。
技术介绍
目前，国民经济各领域大型装备如工程机械、矿山机械、重型车辆零部件每年因摩擦磨损造成了巨大损失，2008年全国因摩擦磨损造成的损失高达9500亿元。对于磨损部件，处理方式往往是简单地更换新品，粗放、浪费现象严重，与国家倡导的绿色制造、循环经济战略相违背。分析发现，磨损最为严重的部件一般以滑动摩擦副为主，如滑块与导轨、活塞与腔壁、滑动轴承与轴颈等，特点为：使用中承受着较大的冲击和振动载荷、频繁的接触工作时间，处于极端的高温高压环境之下，制造材料由于种种限制如运行环境、加工工艺等对于极端工况的承受能力有限，经过一段时期运行后精度和安全可靠性有所下降达不到使用要求，但并未完全失效。因此，在优化设计和装配的前提下，借助先进的再制造手段，在摩擦、磨损部位制备以减摩性为主的高性能涂层，从而恢复乃至提升其服役性能是可行和有利的。如能实现现场甚至在线的快速修复或强化，对于促进经济效益、提高装备完好率、实现可持续发展都有着重要的战略意义。当前借助先进的表面成形技术，再制造修手段主要有激光熔覆、等离子熔覆、电子束焊接、热喷涂、离子镀、电刷镀等。如装甲兵工程学院徐滨士院士主导推广的自动化高速电弧喷涂再制造成形，自动纳米电刷镀等系统性的再制造修复技术；西北工业大学黄卫东教授等主持的航空发动机钛合金叶片等零部件的激光再制造成形方法；上海宝冶工程技术公司研究和应用了高能微弧冷焊再制造成形技术等；美国Sandia实验室研发了激光近成形LENS的再制造成形技术；加拿大研发微束等离子弧再制造成形技术及其自动化作业设备系统；俄罗斯研发高温合金粉末冶金再制造技术、热障涂层再制造技术等，解决了高温部件等关键零部件的高性能再制造。综合来看，目前再制造成形以高能量场技术居多，具有速度快、效率高、合金成分可调等特点，但也存在设备复杂、相对成本高、修复厚度不易控制、修复区存在热影响残余应力等问题，实际上对于高熔点硬质材料、损伤较大（体积损伤）的待修复零件会更为理想。而对于材质相对偏软、损伤较小（表面损伤）的摩擦副而言可能并不完全适用。如果修复成本过高甚至超过了更换新品的价值，那就失去了节能降耗的意义。因此客观上需要有一种比较轻便、简单、易控的修复方法。实际上，作为低成本涂层方法的电沉积技术已引起了业界的注意。电沉积相对工艺简单、操作方便、制备的纳米薄层有着较好的摩擦性能和耐热耐蚀特性，对于损伤量较小零件的修复确实具有高能技术无法比拟的优势。如自动化纳米电刷镀即为典型代表，它在电刷镀液中加入特定功能的纳米颗粒，通过刷笔刷镀得到高性能沉积层，已用于机械零部件表面修复、强化再制造中。此类方法目前在军工装备中使用较多，在民用装备制造业中还未普及。先进表面工程技术群需要类似的技术、方法不断产生，而再制造在智能化、复合化、微纳化和功能化的发展趋势也要求更多具备综合特点的加工方式出现和完善。
技术实现思路
本专利技术提供了一种通过射流电沉积方法在摩擦副摩擦磨损位置简便经济地制备多孔结构减摩涂层的方法，对于贵重损伤部件的再利用具有重要意义。该方法具有以下特点：①可制备具有表面多孔纳米结构的铜沉积层，有改变多孔结构尺寸和分布的手段，存在演变为减摩性表面织构的可能；②定域性好易于数控结合。本专利技术通过以下方法实现，具体操作步骤如下：1．基体表面预处理。为获得较好的结合力及沉积效果，需进行以下预处理工序：抛光处理：先用400目金相砂纸打磨基体如摩擦副表面去除其氧化层，再以800、1000目金相砂纸研磨、抛光，确保基体表面达到一定粗糙度；表面清洗：蒸馏水清洗基体表面，后用丙酮擦洗约5分钟除油处理。2．配置电解液。电解液的成分和和工艺参数分别为：五水硫酸铜250-300g/L，浓硫酸50g/L，电解液温度25℃。3．工艺参数：矩形喷嘴口径10×1mm，圆形喷嘴口径1-3mm，喷嘴与基体距离2-10mm。电流两种配置方式分别为直流和脉冲：如使用直流电流，电流密度在450-500A/dm2之间为宜，脉冲电流见步骤4介绍。电解液流速200-300L/h，扫描速度为1000mm/分钟。此区间为经验参数供参考之用，可根据实际工况将具体参数在此范围内调节、选择。4．针对性地控制两大参数：扫描层数、脉冲电流参数可达到改变多孔结构尺寸、分布的效果。根据下列调试原则，可得到均匀分布的微孔蜂窝状结构，微孔尺寸基本在微米级尺度。1）调节扫描层数：N=400、600、800、1200层。通过设定数控设备参数，可控制扫描层数为400-1200层。前述技术原理中提到电沉积过程中，首先沿电场方向优先生长形成山顶山脊，构成经线状晶粒团聚体，然后侧向生长横向铺展，形成纬线状晶粒团聚体，互相搭接构成了多孔网状沉积层结构。当沉积层数不断增加经线状晶粒团生长逐渐密化，形成的网状孔洞尺寸不断减小并最终闭合，沉积层表位微观结构会越来越致密。根据实践经验，当沉积到1200层时沉积层中的孔洞已被完全覆盖呈致密状。因此根据以上程序，调整数控程序在400-1200层之间，400层比较均匀，孔洞较大，具有一定的厚度。而随着层数增加孔洞的总面积逐渐减小。以上所述在实际工况中因加工环境等影响可能会有轻微变化，但基本演变规律保持不变。应根据实际需要选择层数，具体厚度见附图8中数据作为参考。2）脉冲电流参数调整：占空比、脉冲电流频率、峰值电流密度脉冲电流调整手段包括占空比、频率、峰值电流密度三个方面，应根据具体情况进行相应调试，以下为相关原则：脉冲电流的占空比调试原则：占空比1:1-1:7范围内沉积层呈多孔结构。占空比直接影响了沉积扩散层内金属阳离子的浓度恢复，也影响了多孔微观组织结构。随着占空比的增大，逐渐由不均匀、粗大的多孔结构过渡到精细、均匀的微孔结构，见附图5所示。占空比1:7时的多孔结构要比占空比1:3更为致密、均匀。因此可按实际需要选择合适的占空比。脉冲频率调试原则：脉冲频率不宜太高，过高频率会造成沉积层组织细化、孔洞减少、致密性提高。脉冲频率1250-2500Hz之间时，具有较为均匀的多孔结构分布。峰值电流调试原则：峰值电流密度可在400-500A/dm2之间选择，其一般规律为：随着峰值电流密度的增大，沉积层孔洞数量增多、尺寸增大，见附图6所示。前述沉积层多孔结构随层厚变化规律可知，多孔结构会随层厚增加而闭合、致密。峰值电流密度高则沉积层次数减少，导致沉积层数未达到微孔闭合所需层数时，会在沉积层表面出现较多的微孔。同一厚度沉积层，峰值电流密度低则需要沉积层数多，在沉积达到要求厚度之前微孔已闭合，因此组织结构相对较为致密，多孔组织较难获得。技术原理：1．射流电沉积方法原理见附图1。该工艺与普通电沉积不同，电解液以射流态从阳极喷嘴喷出至阴极区，特点体现在：①大幅度提高极限电流密度，沉积速度快；②可获得不同微、纳组织结构和表面结构；③良好的定域性。喷嘴指向的工件表面才会发生沉积；④工艺参数简便、直接，如调整电流密度、扫描速度、流速都可改变沉积层的微观结构。2．射流电沉积的特殊性满足了滑动摩擦副减摩性涂层的制备要求：（1）速度快工艺简单。涂层的修复厚度可在微米到毫米尺度内精确调节，而调节手段为电流密度、流速等，简单直接易于操作，设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生成减摩性多孔结构修复涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：基体表面预处理，先抛光处理：用400目金相砂纸打磨基体如摩擦副表面去除其氧化层，再以800、1000目金相砂纸研磨、抛光，使基体表面达到一定粗糙度；之后表面清洗：蒸馏水清洗基体表面，后用丙酮擦洗进行除油处理；步骤2：配置电解液，电解液的成分和和工艺参数分别为：五水硫酸铜250‑300g/L，浓硫酸50g/L，电解液温度25℃；步骤3：工艺参数：矩形喷嘴口径10×1mm，圆形喷嘴口径1‑3mm，喷嘴与基体距离2‑10mm，电流配置方式分别为直流和脉冲：直流电流，电流密度在450‑500A/dm

【技术特征摘要】
1.一种生成减摩性多孔结构修复涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：基体表面预处理，先抛光处理：用400目金相砂纸打磨基体如摩擦副表面去除其氧化层，再以800、1000目金相砂纸研磨、抛光，使基体表面达到一定粗糙度；之后表面清洗：蒸馏水清洗基体表面，后用丙酮擦洗进行除油处理；步骤2：配置电解液，电解液的成分和和工艺参数分别为：五水硫酸铜250-300g/L，浓硫酸50g/L，电解液温度25℃；步骤3：工艺参数：矩形...

【专利技术属性】
技术研发人员：范晖，赵阳培，黄因慧，田宗军，邢邦圣，王善奎，姜海波，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32