一种NiAl-Cr2O3-Mo-Ag高温润滑复合涂层及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种NiAl‑Cr2O3‑Mo‑Ag高温润滑复合涂层及制备方法，该NiAl‑Cr2O3‑Mo‑Ag高温润滑复合涂层由依次经过超音速等离子喷涂的结合层和润滑层组成，所述结合层的组成成分为Ni5Al粉；所述润滑层的组成成分及其重量百分比为：Cr2O3粉15～20％、Mo粉10～20％、Ag粉10～15％、余量NiAl合金粉。与现有技术相比，利用金属Mo、Ag以及NiAl合金在高温摩擦学化学反应中生成的一系列高温润滑相改善了复合涂层的高温摩擦学性能，通过热处理工艺改善了复合涂层的内部结合以及组织致密性，提高了涂层的硬度、强度等力学性能，且制备工艺简单，可广泛应用于高温下机械零部件的抗磨减摩。

A NiAl-Cr2O3-Mo-Ag High Temperature Lubrication Composite Coating and Its Preparation Method

The invention discloses a NiAl Cr2O3 Mo Ag high temperature lubrication composite coating and a preparation method. The NiAl Cr2O3 Mo Ag high temperature lubrication composite coating consists of a bonding layer and a lubricating layer which are successively sprayed by supersonic plasma. The composition and weight percentage of the bonding layer are Ni5Al powder; the composition and weight percentage of the lubricating layer are: Cr2O3 powder 15-20%, Mo powder 10-20%, Mo powder 20%. Ag powder 10-15%, residual NiAl alloy powder. Compared with the existing technology, a series of high temperature lubricating phases produced by Mo, Ag and NiAl alloys in high temperature tribochemical reaction can improve the High Temperature Tribological Properties of the composite coatings, improve the internal bonding and structure compactness of the composite coatings through heat treatment process, improve the hardness, strength and other mechanical properties of the coatings, and the preparation process is simple, which can be widely used. Anti-wear and anti-friction of mechanical parts at high temperature.

【技术实现步骤摘要】
一种NiAl-Cr2O3-Mo-Ag高温润滑复合涂层及制备方法
本专利技术涉及表面涂层
，特别是一种NiAl-Cr2O3-Mo-Ag高温润滑复合涂层及制备方法。
技术介绍
随着航空、航天、核技术等工业的快速发展，越来越多的机械零部件需要服役于超高/低温交变、高温高速或重载荷等苛刻工况条件，机械零部件在宽温域内的摩擦磨损问题也就显得尤为突出。在上述工况下，传统的润滑油脂已经难以满足使用要求，固体润滑涂层因其减摩效果稳定、适合于恶劣工况条件，可有效解决其摩擦磨损问题而起到减摩润滑作用。利用热喷涂技术制备宽温域润滑复合涂层最具代表性的当属PS/PM系列固体润滑涂层，他们的设计理念是将低、中、高温润滑相混合在等离子喷涂涂层中，如PS304是由Ni-Cr、Cr2O3、Ag和BaF2/CaF2等组成的等离子喷涂复合涂层，Ni-Cr合金提供基本机械强度和良好的抗高温氧化性，Cr2O3可强化涂层，Ag保证了中、低温的润滑作用，共晶氟化物则提供了良好的高温润滑作用，这样各润滑相在不同温域内显出各自的润滑性能。但这类涂层也有不足之处，比如以Cr2C3为强化相的PS200涂层仍存在氧化或腐蚀磨损，700℃高温下很快从基体上剥落而造成失效；PS400系列涂层具有很好的高温性能，但室温下的摩擦系数通常都在0.3以上。有的研究人员采用超音速火焰喷涂制备的NiMoAl-Cr3C2-Ag复合涂层，在宽温域内表现出良好的耐温、抗氧化性能，但是Cr3C2的加入降低了复合涂层的结合强度，在使用过程中一直存在润滑相易脱落，减摩效果不稳定等问题，特别是在使用初期摩擦系数不稳定，摩擦系数大于0.4，易在初期造成对磨件的磨损。其主要原因是润滑相在摩擦开始阶段分散不均匀，表面未能形成连续的自润滑膜层；涂层内部结合较差，加工和摩擦过程中容易脱落。
技术实现思路
本专利技术的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种NiAl-Cr2O3-Mo-Ag高温润滑复合涂层及制备方法，利用金属Mo、Ag以及NiAl合金在高温摩擦学化学反应中生成的一系列高温润滑相改善了复合涂层的高温摩擦学性能，通过热处理工艺改善了复合涂层的内部结合以及组织致密性，提高了复合涂层的硬度、强度等力学性能。为达到上述目的，本专利技术是按照以下技术方案实施的：一种NiAl-Cr2O3-Mo-Ag高温润滑复合涂层，由依次经过超音速等离子喷涂的结合层和润滑层组成，所述结合层的组成成分为Ni5Al粉；所述润滑层的组成成分及其重量百分比为：Cr2O3粉15～20％、Mo粉10～20％、Ag粉10～15％、余量NiAl合金粉。进一步，所述Ni5Al粉的粒径为45～90μm。进一步，所述Cr2O3粉、Mo粉、Ag粉、NiAl合金粉的粒度为100～200目。进一步，所述结合层的喷涂厚度为80～100μm。进一步，所述润滑层的喷涂厚度为300～500μm。本专利技术还提供一种NiAl-Cr2O3-Mo-Ag高温润滑复合涂层的制备方法，具体步骤如下：(1)润滑层喷涂粉制备：利用高能球磨机将Cr2O3粉、Mo粉、Ag粉、NiAl合金粉进行混合球磨4小时，球磨结束后过筛获得均匀的混合粉末，用体积比6:1的分散剂和粘结剂与混合粉末混合制备悬浮液，悬浮液中混合粉末含量不低于30％，然后采用喷雾造粒机制备润滑层喷涂粉，所制得润滑层喷涂粉的粒径为50-70μm；(2)待喷涂基底处理：首先去除待喷涂的镍基合金基底表面附着的杂质，然后依次在丙酮和无水乙醇中分别超声清洗10～20分钟，压缩空气吹干；然后利用压力喷砂机对镍基合金基底表面进行喷砂处理，以天然白刚玉为磨料、压缩空气压力为0.6－0.7MPa，而后利用压缩空气吹去镍基合金基底表面浮尘，再将其置于体积比为1:1的丙酮和无水乙醇的混合溶液中超声清洗10min，然后用氮气吹干；(3)涂层制备：结合层制备：利用超音速等离子喷涂设备在镍基合金基底上喷涂结合层，所述结合层的喷涂参数为：工作电压60V，电流500A，H2流速为5L/min，Ar流速为40L/min，送粉率为25g/min；润滑层制备：利用超音速等离子喷涂设备在结合层上喷涂润滑层，所述润滑层的喷涂参数为：工作电压55V，电流600A，H2流速为5.5L/min，Ar流速为50L/min，送粉率为30g/min；(4)涂层的热处理：将步骤(3)喷涂结合层和润滑层后的镍基合金基底置于550℃下、真空保温1h，制得NiAl-Cr2O3-Mo-Ag高温润滑复合涂层。进一步，所述步骤(1)中分散剂为羟甲基纤维素钠，粘结剂为聚乙二醇。与现有技术相比，本专利技术所制备的NiAl-Cr2O3-Mo-Ag高温润滑复合涂层通过添加Cr2O3等硬质相使复合涂层的硬度由179HV提高到375HV以上，复合涂层的硬度明显高于NiCrAlY-Mo-Ag、NiMoAl等合金涂层；利用金属Mo、Ag以及NiAl合金所生成高温润滑相的润滑作用，复合涂层在700-900℃下(载荷为40N、转速360rpm)的摩擦系数减小至0.25～0.23，磨损率降低至2.1～1.8×10-5mm3/(N·m)；通过550℃下保温1h的真空热处理，涂层内部的裂纹和气孔等缺陷明显减少，涂层组织均匀致密性显著提高，涂层孔隙度低于3％，复合涂层的结合强度达45MPa左右。本专利技术制备了具有高温润滑性的复合涂层，制备工艺简单，可广泛应用于高温下机械零部件的的抗磨减摩。附图说明图1为本专利技术制备的NiAl-Cr2O3-Mo-Ag高温润滑复合涂层与NiCrAlY/Mo/Ag、NiMoAl、NiAl/Mo/Ag、NCriAlY合金涂层的硬度比较图。图2为本专利技术制备的NiAl-Cr2O3-Mo-Ag高温润滑复合涂层与NiCrAlY、NiCrAlY-Mo-Ag合金涂层在同等试验条件下(载荷为40N、转速360rpm)的摩擦系数比较图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步描述，在此专利技术的示意性实施例以及说明用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。实施例1一种NiAl-Cr2O3-Mo-Ag高温润滑复合涂层，NiAl-Cr2O3-Mo-Ag高温润滑复合涂层由依次经过超音速等离子喷涂的结合层和润滑层组成，结合层的组成成分为Ni5Al粉；润滑层的组成成分及其重量百分比为：Cr2O3粉15％、Mo粉10％、Ag粉10％、余量NiAl合金粉。本实施例中，所述Ni5Al粉的粒径为45μm。本实施例中，所述Cr2O3粉、Mo粉、Ag粉、NiAl合金粉的粒度均为100目。本实施例中，所述结合层的喷涂厚度为80μm。本实施例中，所述润滑层的喷涂厚度为300μm。另外，本实施例还提供一种NiAl-Cr2O3-Mo-Ag高温润滑复合涂层的制备方法，具体步骤如下：(1)润滑层喷涂粉制备：利用转速为250r/min的高能球磨机将Cr2O3粉、Mo粉、Ag粉、NiAl合金粉进行混合球磨4小时，转速设定为250r/min，球磨结束后过200目筛获得均匀的混合粉末，用体积比6:1的分散剂和粘结剂与混合粉末混合制备悬浮液，悬浮液中混合粉末含量不低于30％，然后利用YC-018型喷雾造粒机制备润滑层喷涂粉，所制得润滑层喷涂粉的粒径为50μm；(2)待喷涂基底处理：首先去除待喷涂的Inconel718合金基底表面附着本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种NiAl‑Cr2O3‑Mo‑Ag高温润滑复合涂层，其特征在于：该NiAl‑Cr2O3‑Mo‑Ag高温润滑复合涂层由依次经过超音速等离子喷涂的结合层和润滑层组成，所述结合层的组成成分为Ni5Al粉；所述润滑层的组成成分及其重量百分比为：Cr2O3粉15～20％、Mo粉10～20％、Ag粉10～15％、余量NiAl合金粉。

【技术特征摘要】
1.一种NiAl-Cr2O3-Mo-Ag高温润滑复合涂层，其特征在于：该NiAl-Cr2O3-Mo-Ag高温润滑复合涂层由依次经过超音速等离子喷涂的结合层和润滑层组成，所述结合层的组成成分为Ni5Al粉；所述润滑层的组成成分及其重量百分比为：Cr2O3粉15～20％、Mo粉10～20％、Ag粉10～15％、余量NiAl合金粉。2.根据权利要求1所述的NiAl-Cr2O3-Mo-Ag高温润滑复合涂层，其特征在于：所述Ni5Al粉的粒径为45～90μm。3.根据权利要求1所述的NiAl-Cr2O3-Mo-Ag高温润滑复合涂层，其特征在于：所述Cr2O3粉、Mo粉、Ag粉、NiAl合金粉的粒度为100～200目。4.根据权利要求1所述的NiAl-Cr2O3-Mo-Ag高温润滑复合涂层，其特征在于：所述结合层的喷涂厚度为80～100μm。5.根据权利要求1所述的NiAl-Cr2O3-Mo-Ag高温润滑复合涂层，其特征在于：所述润滑层的喷涂厚度为300～500μm。6.一种如权利要求1-5任一所述NiAl-Cr2O3-Mo-Ag高温润滑复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)润滑层喷涂粉制备：利用高能球磨机将Cr2O3粉、Mo粉、Ag粉、NiAl合金粉进行混合球磨4小时，球磨结束后获得均匀的混合粉末，用体积比6:1的分散剂和粘结剂与混合粉末混合制备悬浮液，悬浮...

【专利技术属性】
技术研发人员：国洪建，贾均红，胡伟，周晶晶，
申请(专利权)人：兰州城市学院，
类型：发明
国别省市：甘肃,62