一种铁铬硼硅／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铁铬硼硅／ＦｅＳ复合固体润滑薄膜及其制备方法，其是在基体上先用超音速等离子喷涂铁铬硼硅涂层，然后将该铁铬硼硅涂层进行低温离子渗硫处理制成的。本发明专利技术所述铁铬硼硅／ＦｅＳ复合固体润滑薄膜是先喷铁铬硼硅涂层，然后对该涂层进行渗硫处理使其表层与硫蒸气反应形成ＦｅＳ层，最终得到铁铬硼硅涂层的上部分为ＦｅＳ固体润滑层，本发明专利技术结构新颖，铬硼硅涂层ＦｅＳ层无明显界限，其与基体结合能力好。较之现有技术具有优良的纳米力学性能，抗摩减摩能力可以达到其２０倍以上；本发明专利技术由于是铁铬硼硅涂层表面渗硫而得到的ＦｅＳ层，因此其结构紧密，而且无论在干摩擦还是油润滑条件下其摩擦性能稳定，抗摩擦性能都更加优异。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种固体润滑薄膜，具体地说是一种铁铬硼硅/FeS复合固 体润滑薄膜及其制备方法。技术背景目前，为了降低工件表面的摩擦系数，增强抗磨擦抗咬合能力，使其 具有优良的抗摩减摩性能，本领域技术人员一般在金属表面进行硫化处 理，即渗硫，使其表面形成一渗硫层。但是直接在金属表面进行渗硫处理 会降低金属的硬度和弹性模量，抗磨擦效果并不佳。为了增加材料的耐磨 性和延长摩擦副的使用寿命，提高材料的硬度和强度是非常必要的方法， 但在许多场合这并不总是有效的，而且摩擦副中一个配副硬度的提高，通 常使硬度较低的另一配副的寿命降低，因此，在基体表面采用固体润滑的 方法是最有效的。固体润滑软层可以明显降低摩擦系数，减少磨损。目前 固体润滑薄膜中FeS是最常见的，其具有层状晶体结构的固体润滑剂，并且目前制备方法有很多，如热喷涂法、低温离子渗硫法、溶胶-凝胶法等。热喷涂法制备FeS涂层是将被喷涂材料FeS粉末送入由喷枪口喷射出 的高温、高速火焰或等离子体射流中，使FeS粉末迅速熔化，以熔融或半 熔融液滴形态高速喷射到基体材料表面，熔融粒子撞击基体时能量转换、 变形、铺展、流散和润湿，并以极快速度冷却、凝固，堆垛形成一定厚度的 FeS涂层。FeS喷涂层较厚，但表面疏松，孔隙率大，与基体的结合强度较 低。喷涂过程中FeS粉末易受到高温氧化与烧蚀，涂层中会出现多种铁的 氧化物，涂层杂质较多。 溶胶-凝胶法制备FeS涂层是选用一种无机硅水基涂料为胶体溶液(溶剂)，添加材料(溶质)为FeS粉末。均匀搅拌以形成溶胶。通过专用涂覆 设备在室温常压下均匀涂覆一层厚约500u m的溶胶于基体表面，之后静置 2 h以风干，在集体表面得到溶胶一凝胶FeS涂层。其缺点为FeS颗粒的表 面能较低，与基体的浸润性较差，因此涂层与基体的结合强度低。FeS含 量过低或过高时性能均较差，适当的FeS含量比较难以掌握。还有现有技术制备FeS膜是在45tt钢等表面直接进行低温渗硫处理， 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，因此FeS固体润滑薄膜纳米硬度和抗磨能力均有待提 高。目前为了解决现有固体润滑涂层的缺陷，本领域科研人员提出 一种复 合涂层，即在单一涂层的基础上加喷另一涂层从而形成复合涂层，此种复 合涂层的抗磨性能较之单一涂层虽然硬度等纳米力学性能有所提高，但是 其与金属基体的结合能力并不十分理想，并且抗磨效果并不十分优良。综上所述，目前急需一种纳米力学性能优良，抗磨减磨性能出众，制 备方法简单的固体润滑薄膜。
技术实现思路
本专利技术的目的在于改进和弥补现有技术的缺陷，提出一种纳米力学性 能优良，摩擦性能优异的铁铬硼硅/FeS复合固体润滑薄膜。本专利技术的另一目的在于提供一种上述铁铬硼硅/FeS复合固体润滑薄 膜的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案一种铁铬硼硅/FeS复合固体润滑薄膜，其是在基体上先用超音速等离 子喷涂铁铬硼硅涂层，然后将该铁铬硼硅涂层进行低温离子渗硫处理制成 的。上述的一种铁铬硼硅/FeS复合固体润滑薄膜，其中，所述基体为金属。上述的一种铁铬硼硅/FeS复合固体润滑薄膜，其中，所述金属为45井钢。一种制备上述铁铬硼硅/FeS复合固体润滑薄膜的方法，其具体步骤为(1) 首先将基体进行淬火处理，硬度为冊C55;(2) 喷砂预处理基体表面；(3) 在基体表面超音速等离子喷涂铁铬硼硅涂层；(4) 最后将喷涂有铁络硼硅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，其特征在于，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130 160隱。上述的制备铁铬硼硅/FeS复合固体润滑薄膜的方法，其特征在于，所 述步骤(3)的工艺参数为喷涂电压130 150V，喷涂电流350 370A，喷 涂功率40kW，喷涂距离90 110mm。喷涂时间可以根据实际需要调节，喷 涂时间越长，铁铬硼硅涂层厚度越厚，本专利技术最佳喷涂时间为60S。上述的制备铁铬硼硅/FeS复合固体润滑薄膜的方法，其中，步骤(4) 所述的低温离子渗硫处理是利用固体硫蒸气为离子渗硫的反应气体，涂敷 有铁铬硼硅涂层的基体接阴极，炉壁接阳极，当真空度达到IO Pa时，给 炉内通入氨气，充至600 Pa，然后再抽至40 Pa;在阴阳极之间加540 560V高压直流电，在此电压作用下氨离子轰击阴极，当阴极温度升高至 210 23(TC后停止轰击，在此温度下保温2小时，固体硫蒸气渗硫所述铁 铬硼硅涂层。本专利技术所述的超音速等离子喷涂工艺是将粉末在等离子焰流中加热 到熔融状态，并高速喷打在零件表面上，当撞击零件表面时熔融状态的球 形粉末发生塑性变形，粘附于零件表面，各粉粒之间也依靠塑性变形而互 相勾结起来，随着喷涂时间的增长，零件表面就获得了一定尺寸的喷涂层。本专利技术对喷涂后的铁络硼硅涂层继续进行渗硫处理，离子渗硫的反应 气体为固体硫蒸气，基体接阴极，炉壁接阳极。当真空度达到IO Pa时， 给炉内通入氨气，充至600 Pa，然后再抽至40Pa。在阴阳极之间加540 560 V高压直流电，在电压作用下，氨被电离成离子，向阴极运动，产生 灰白色辉光。氨离子在阴极附近受到阴极压降的作用而被加速，以一定的 能量轰击钢铁表面，在使钢铁温度不断升高的同时，还会使其表面产生大 量晶体缺陷并增强其表面活性。至设定的210 23(TC时停止轰击。在此温 度下，固体硫被气化，硫气氛弥漫于整个炉内，保温2小时。硫原子将沿 着晶界和表面晶体缺陷向铁铬硼硅涂层内扩散与Fe反应形成FeS层，并 达到一定厚度，最终制成的即为铁铬硼硅/FeS复合润滑涂层。 本专利技术的优点与效益本专利技术所述铁铬硼硅/FeS复合固体润滑薄膜是先喷铁铬硼硅涂层，然 后对该涂层进行渗硫处理使其表层与硫蒸气反应形成FeS层，最终得到铁 铬硼硅涂层的上部分为FeS固体润滑层，本专利技术结构新颖，铬硼硅涂层FeS 层无明显界限，说明其与基体结合能力好。铁铬硼硅/FeS复合固体润滑薄 膜，较之现有技术45tt钢渗硫表层形成的FeS固体润滑层，具有优良的纳 米力学性能，抗摩减摩能力可以达到其20倍以上；与现有的复合涂层相 比较，本专利技术由于是铁铬硼硅涂层表面渗硫而得到的FeS层，因此其不仅 与基体结合紧密，而且其紧密的结构无论在干摩擦还是油润滑条件下其摩 擦性能稳定，抗摩擦性能都更加优异。下面结合最佳实施方式对本专利技术做进一步说明，以使公众对
技术实现思路
有整体和充分的了解，而并非对本专利技术保护范围的限定。前述部分已经充 分公开了本专利技术可以实施的保护范围，因此凡依照本专利技术公开内容进行的 任何本领域公知的等同替换，均属于对本专利技术的侵犯。 附图说明图1为低温离子渗硫设备示意图；图2为45#钢、FeS固体润滑层和实施例1制备的铁铬硼硅/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3为45#钢、FeS固体润滑层和实施例1制备的铁铬硼硅/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4为45样钢、FeS固体润滑层和实施例1制备的铁铬硼硅/FeS复合 固体润滑薄膜在油润本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁铬硼硅／ＦｅＳ复合固体润滑薄膜，其特征在于，其是在基体上先用超音速等离子喷涂铁铬硼硅涂层，然后将该铁铬硼硅涂层进行低温离子渗硫处理制成的。

【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]