一种3Cr13/FeS复合固体润滑薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种３Ｃｒ１３／ＦｅＳ复合固体润滑薄膜及其制备方法，其是在基体上采用电弧喷涂设备喷涂３Ｃｒ１３涂层，然后将该３Ｃｒ１３涂层进行低温离子渗流处理制成的。本发明专利技术所述的３Ｃｒ１３／ＦｅＳ复合固体润滑薄膜的纳米硬度和弹性模量高于现有技术的４５＃钢渗流层５倍左右，因此具有很好的纳米力学性能和抗形变的能力；本发明专利技术３Ｃｒ１３涂层经渗硫后其上部分生成ＦｅＳ固体润滑图层，二者之间没有明显界限，因此其结构紧密与基体结合能力强，经过磨痕试验得出，本发明专利技术复合固体润滑薄膜与现有的ＦｅＳ薄膜和４５＃钢相比摩擦系数小，磨痕深度小，更由于其结构的紧密使其在磨痕实验中一直保持稳定，因此具有非常优越的抗摩擦及减磨耐磨性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种固体润滑涂层及其制备方法，具体地说是一种 3Crl3/FeS复合涂层及其制备方法。技术背景固体润滑是指利用某些具有特殊晶体特性的固体材料来改善接触表 面之间摩擦磨损程度的润滑方式。其突出的优点是能满足流体润滑无法满 足的某些特殊工况对润滑的要求，如高温、高负荷、超低温、超高真空、 强氧化、强辐射等。固体润滑材料既可以块状、也可以粉末的形式使用， 但更多的是以薄膜(涂层)的方式使用。FeS是一种熔点高，易剪切的高 效固体润滑剂。FeS涂层具有优异的减摩耐磨性能。FeS涂层可由多种方法 制备，如热喷涂法、低温离子渗硫法、溶胶-凝胶法等。由于不同的工艺 方法，它们的结构和摩擦学性能也有较大的不同。由于不同方法制备的固体润滑薄膜有着各自的最适合的用途和使用 条件要求。因此，固体润滑薄膜的制备方法有待于不断创新拓展。现有技术的固体润滑薄膜，多是在45#钢等表面直接进行低温渗硫处 理，45tt钢表面经渗硫后会形成一层FeS层，因此起到减磨耐磨的作用，而 此种方法所制得FeS膜的纳米力学性能包括纳米硬度和弹性模量都较低， 导致FeS膜的耐磨性能较差，不能够达到精密仪器的减磨耐磨要求，因此 现在急需一种减摩耐磨性能好，且制备方法简单，成本低廉的固体润滑薄 膜。而本专利技术方法制得的3Crl3/FeS复合涂层具有相对较高的纳米硬度和 弹性模量，纳米力学性能有大幅改善，故具有优异的减摩和耐磨性能
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术的缺陷，提出一种纳米力学性能好，与 基体结合强度高，减磨耐磨性能优异的3Crl3/FeS复合固体润滑薄膜。 为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案一种3Crl3/FeS复合固体润滑薄膜，其是在基体上采用电弧喷涂设备 喷涂3Crl3涂层，然后将该3Crl3涂层进行低温离子渗流处理后3Crl3中 的Fe离子与S发生反应，3Crl3涂层的上层部分形成FeS层，最终在基体 上制成3Crl3/FeS复合固体润滑薄膜。上述的一种3Crl3/FeS复合固体润滑薄膜，所述的基体为金属。 上述的一种3Crl3/FeS复合固体润滑薄膜，所述的基体为45#钢最佳。 一种3Crl3/FeS复合固体润滑薄膜的制备方法，其具体步骤如下(1) 将基体进行淬火处理，硬度为服C55;(2) 棕刚玉喷砂预处理基体表面；(3) 用高速电弧喷枪在基体表面喷涂3Crl3;(4) 将喷涂有3Crl3涂层的基体进行低温离子渗硫处理。 上述的一种3Crl3/FeS复合涂层的制备方法，其中，所述的步骤(2)中棕刚玉喷砂预处理基体表面的具体工艺参数为砂料为棕刚玉，粒度为 16目，气压O. 7MPa，喷砂角度45。，喷砂距离130 160mm。上述的一种3Crl3/FeS复合固体润滑薄膜的制备方法，其中步骤(3) 中高速电弧喷枪在基体表面喷涂3Crl3涂层，其中喷涂电压30 40V，喷 涂电流150 170A，压縮空气调节为O. 7Mpa，喷涂距离130 170mm。喷涂 时间可以根据实际需要调节，喷涂时间越长3Crl3涂层越厚，本专利技术最佳 喷涂时间为60S。上述的一种3Crl3/FeS复合固体润滑薄膜的制备方法，其中步骤(4)中所述的离子渗硫处理，其是将涂敷有3Crl3的基体接阴极，炉壁接阳极， 当真空度达到10Pa时，给炉内通入氨气，充至600Pa，然后再抽至40Pa 后，在阴阳极之间加高压直流电，电压为540 560V，在此电压作用下， 氨离子轰击阴极，当阴极温度升高至210 23CTC后停止轰击，在此温度下 用固体硫蒸气渗硫所述3Crl3涂层。高速电弧喷涂技术是以电弧为热源，以特殊的喷枪将熔化了的金属丝 材用气流雾化，高速喷射到工件表面形成涂层的一种新型热喷涂工艺。在 进行高速电弧喷涂时，两根丝材金属喷涂材料用送丝装置通过送丝轮均 匀、连续地分别送进电弧喷涂枪的导电嘴内，导电嘴分别接电源的正、负 极，并保证两根丝材之间在未接触之前的可靠绝缘。当两金属丝材端部由 于送进而相互接触时，在端部之间短路并产生电弧，使丝材端部瞬间熔化 并用压縮空气把熔化金属雾化成微熔滴，以很高的速度喷射到工件表面， 形成电弧喷涂层。因此，高速电弧喷涂工艺中喷涂电流、喷涂电压、压縮 空气压力和喷涂距离会直接影响喷涂后涂层效果。本专利技术先在基体上利用高速电弧喷涂技术喷涂3Crl3涂层，在利用低 温离子渗硫技术渗流3Crl3涂层，3Crl3中的Fe离子与S发生反应，最终 在3Crl3涂层的上层部分形成FeS，而形成3Crl3/FeS复合固体润滑薄膜。本专利技术3Crl3/FeS复合固体润滑薄膜由于具有优异的减摩耐磨性能， 故可以用于较高载荷的干摩擦及有油润滑条件下的摩擦副，尤其对于精密 仪器的减摩耐磨具有很好的效果。本专利技术的优点及有益效果本专利技术所述的3Crl3/FeS复合固体润滑薄 膜的纳米硬度和弹性模量高于现有技术的45#钢渗流层5倍左右，因此具 有很好的纳米力学性能和抗形变的能力；本专利技术3Crl3涂层经渗硫后其上 部分生成FeS固体润滑图层，且二者之间没有明显界限，因此其结构紧密，与基体结合能力强，经过磨痕试验得出，本专利技术3Crl3/FeS复合固体润滑 薄膜与现有的FeS薄膜和45ft钢相比，摩擦系数小，磨痕深度小，更由于 其结构的紧密使其在磨痕实验中一直保持稳定，因此具有非常优越的抗摩 擦及减磨耐磨性能。 附图说明图1为高速电弧喷涂设备示意图；图2为低温离子渗硫设备示意图；图3为45#钢、FeS固体润滑层和实施例1制备的3Crl3/FeS复合固 体润滑薄膜在干摩擦条件下摩擦系数随时间变化曲线；图4为45tt钢、FeS固体润滑层和实施例1制备的3Crl3/FeS复合固 体润滑薄膜在干摩擦条件下磨痕深度随时间变化曲线；图5为45#钢、FeS固体润滑层和实施例1制备的3Crl3/FeS复合固 体润滑薄膜在油润滑条件下摩擦系数随时间变化曲线；图6为45#钢、FeS固体润滑层和实施例1制备的3Crl3/FeS复合固 体润滑薄膜在油润滑条件下磨痕深度随时间变化曲线；图7为45#钢、FeS固体润滑层和实施例2制备的3Crl3/FeS复合固 体润滑薄膜在干摩擦条件下摩擦系数随时间变化曲线；图8为45#钢、FeS固体润滑层和实施例2制备的3Crl3/FeS复合固 体润滑薄膜在干摩擦条件下磨痕深度随时间变化曲线；图9为45#钢、FeS固体润滑层和实施例2制备的3Crl3/FeS复合固 体润滑薄膜在油润滑条件下摩擦系数随时间变化曲线；图10为45共钢、FeS固体润滑层和实施例2制备的3Crl3/FeS复合固 体润滑薄膜在油润滑条件下磨痕深度随时间变化曲线；图11为45tt钢、FeS固体润滑层和实施例3制备的3Crl3/FeS复合固体润滑薄膜在干摩擦条件下摩擦系数随时间变化曲线；图12为45转冈、FeS固体润滑层和实施例3制备的3Crl3/FeS复合固 体润滑薄膜在干摩擦条件下磨痕深度随时间变化曲线；图13为45转R、 FeS固体润滑层和实施例3制备的3Crl3/FeS复合固 体润滑薄膜在油润滑条件下摩擦系数随时间变化曲线；图14为45tt钢、FeS固体润滑层和实施例3制备的3Crl3/FeS复合固 体润滑薄膜在油润滑条件下磨痕深度随时间变化曲线；图15为实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种３Ｃｒ１３／ＦｅＳ复合固体润滑薄膜，其特征在于，其是在基体上采用电弧喷涂设备喷涂３Ｃｒ１３涂层，然后将该３Ｃｒ１３涂层进行低温离子渗流处理制成的。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王海斗，徐滨士，康嘉杰，朱丽娜，李国禄，刘家浚，
申请(专利权)人：中国人民解放军装甲兵工程学院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]