一种NiCr/Cr3C2/WS2自润滑耐磨涂层制造技术

一种NiCr/Cr3C2/WS2自润滑耐磨涂层，用激光熔覆技术在0Crl8Ni9不锈钢基体上制备NiCr/Cr3C2耐磨涂层与NiCr/Cr3C2‑30%WS

A NiCr / Cr3C2 / WS2 self-lubricating wear-resistant coating

【技术实现步骤摘要】
一种NiCr/Cr3C2/WS2自润滑耐磨涂层所属
本专利技术涉及一种表面涂层材料，尤其涉及一种NiCr/Cr3C2/WS2自润滑耐磨涂层。
技术介绍
航空、航天、核能等尖端
，存在着大量在高真空度、高温、高速、重载等苛刻工况环境下运行的摩擦运动副零部件，如高温绝热发动机轴承、活塞环、缸套、核阀、汽轮机叶片等，普通的润滑油脂已不能全满足使用要求，固体自润滑涂层是解决上述问题的有效途径之一。目前，激光熔覆是制备固体自润滑涂层的有效手段之一，该技术由于其能量密度很高，添加材料与基材浅表层快速熔化与凝固，形成组织致密、晶粒细小、与基体呈冶金结合的高强度涂层。选用WS2作为固体润滑剂，WS2密度较高为7.59/cm3，且因其近金属相性质与金属基体具有良好的润湿性。WS2属于六方晶系、层状结构，层与层之间受范德华力作用，因此剪切强度较低，受摩擦力作用下很容易在接触面形成润滑转移膜，降低摩擦副的摩擦因数、减小磨损。NiCr-Cr3C2是一种常用的金属陶瓷粉末，兼具NiCr合金与Cr3C2粉末的优点，在高温下具有优异耐磨耐蚀、抗氧化等综合性能。奥氏体不锈钢因其良好的力学性能和化学稳定性，广泛用于制造硝酸、有机酸、盐、碱等工业中的机械零件及构件。0Crl8Ni9不锈钢因其优异的高温抗氧化、耐腐蚀性能，被广泛用于建筑、冶金、化工、医疗等领域。但其高温硬度和耐磨性较低，制约了其用于高温摩擦副零部件。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改善不锈钢复合材料的耐磨性，设计了一种NiCr/Cr3C2/WS2自润滑耐磨涂层。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：NiCr/Cr3C2/WS2自润滑耐磨涂层的制备原料包括：选取热轧态的0Crl8Ni9奥氏体不锈钢作为基体材料，硬度约200HV，切割成50mm×40mm×8mm的样品。采用砂纸对基体表面进行打磨，并用乙醇溶液清洗干净。熔覆材料选用Ni80Cr20-Cr3C2金属陶瓷粉末，其中NiCr合金总质量分数为30%，固体润滑剂WS2的添加量为30%。NiCr/Cr3C2/WS2自润滑耐磨涂层的制备步骤为：电子天平称重后混合，放入球磨机(QM-SP04)中球磨2h。然后使用甲基纤维素黏结剂将混合粉末预置在0Crl8Ni9基体上，厚度约1.5mm。最后放人干燥箱，加热到80℃保温烘干2h。激光熔覆设备采用GS-TFI-10kW型高功率横流CO2激光器，熔覆工艺参数为：功率1.5kW，矩形光斑尺寸为6mm×3mm(长×宽)，扫描速率为4mm/s，熔覆过程中向熔池吹氮气进行保护。NiCr/Cr3C2/WS2自润滑耐磨涂层的检测步骤为：用XPert-ProMPD(XRD)分析了涂层的物相组成，用S-4700场发射扫描电镜(SEM)观察了涂层横截面的显微组织，并使用其附带的能谱系统(EDS)检测涂层中各区域元素成分。利用MH-5型显微硬度计测定涂层的显微硬度，测试载荷3009，加载时间10s。在HT-1000高温摩擦磨损试验机上，采用球盘接触方式分别测定了两种涂层在室温、300℃和600℃的干滑动摩擦因数，相对湿度为80％。摩擦对偶为直径4mm的Si3N。陶瓷球，其硬度为1600HV，表面粗糙度Ra≤0.2μm。本专利技术的有益效果是：激光熔覆NiCr/Cr3C2-30%WS2涂层中主要含Cr7C3，γ-(Fe，Ni)和(Cr，W)C，存在少量的WS2，CrS润滑相。未添加WS：的涂层由Cr7C3增强相和γ-(Fe，Ni)固溶体组成。NiCr/Cr3C2-30%WS2涂层的显微硬度在1000-1240HV0.3。之间，平均为1129HV0.3，大约是不锈钢基体的5倍多，且略大于未添加WS2的涂层(1042HV0.3)。两种涂层都随着温度的升高(从室温到600℃)，摩擦因数降低、磨损率增大。添加WS2涂层的摩擦因数在所有测试温度下都低于未加WS2的层，但其磨损率只在300℃时较小。室温时，添加WS2涂层的磨损机理为(Cr，W)C相的轻微剥落，而未添加WS2涂层为轻微的混合磨粒与黏着磨损；300℃时，添加WS2涂层的磨损机理为润滑膜的产生与破裂，而未添加WS2涂层为黏着磨损；600℃时，添加WS2涂层的磨损机理为磨粒磨损，而未添加WS2涂层为氧化磨损与轻微的塑性变形。具体实施方式实施案例1：NiCr/Cr3C2/WS2自润滑耐磨涂层的制备原料包括：选取热轧态的0Crl8Ni9奥氏体不锈钢作为基体材料，硬度约200HV，切割成50mm×40mm×8mm的样品。采用砂纸对基体表面进行打磨，并用乙醇溶液清洗干净。熔覆材料选用Ni80Cr20-Cr3C2金属陶瓷粉末，其中NiCr合金总质量分数为30％，固体润滑剂WS2的添加量为30%。NiCr/Cr3C2/WS2自润滑耐磨涂层的制备步骤为：电子天平称重后混合，放入球磨机(QM-SP04)中球磨2h。然后使用甲基纤维素黏结剂将混合粉末预置在0Crl8Ni9基体上，厚度约1.5mm。最后放人干燥箱，加热到80℃保温烘干2h。激光熔覆设备采用GS-TFI-10kW型高功率横流CO2激光器，熔覆工艺参数为：功率1.5kW，矩形光斑尺寸为6mm×3mm(长×宽)，扫描速率为4mm/s，熔覆过程中向熔池吹氮气进行保护。NiCr/Cr3C2/WS2自润滑耐磨涂层的检测步骤为：用XPert-ProMPD(XRD)分析了涂层的物相组成，用S-4700场发射扫描电镜(SEM)观察了涂层横截面的显微组织，并使用其附带的能谱系统(EDS)检测涂层中各区域元素成分。利用MH-5型显微硬度计测定涂层的显微硬度，测试载荷3009，加载时间10s。在HT-1000高温摩擦磨损试验机上，采用球盘接触方式分别测定了两种涂层在室温、300℃和600℃的干滑动摩擦因数，相对湿度为80％。摩擦对偶为直径4mm的Si3N。陶瓷球，其硬度为1600HV，表面粗糙度Ra≤0.2μm。实施案例2：激光熔覆NiCr/Cr3C2涂层主要由Cr7C3及γ-(Fe，Ni)构成。加入WS2涂层除Cr7C3，γ-(Fe，Ni)，(Cr，W)C主要物相外，还存在少量WS2和CrS，这是由于WS2较低的分解温度(510℃)及氧化温度(539℃)，大部分WS2分解成W和S，部分S与Cr元素反应生成CrS，而W与Cr，C结合生成(Cr，W)C复合碳化物。S元素没有与熔池中Ni、Fe反应生成其他硫化物，首先是因为NiS与FeS的吉布斯生成自由能远高于WS2及CrS，另外高温熔池中Cr元素含量最高，其次为W，因此WS2及CrS优先从熔池中析出。NiCr/Cr3C2-30%WS2涂层的显微硬度在1000-1240HV0.3之间，平均为1129HV0.3，大约是不锈钢基体的5倍多(200HV0.3)，且略大于未添加WS2的涂层(1042HV0.3)。实施案例3：两种涂层的摩擦因数都随着温度的升高而降低，且在所有的测试温度下，添加WS2涂层的摩擦因数都远低于未加的涂层。这是由于添加WS2的涂层中存在WS2和CrS润滑相，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种NiCr/Cr3C2/WS2自润滑耐磨涂层，制备原料包括：选取热轧态的0Crl8Ni9奥氏体不锈钢作为基体材料，硬度约200HV，切割成50mm×40mm×8mm的样品，采用砂纸对基体表面进行打磨，并用乙醇溶液清洗干净，熔覆材料选用Ni80Cr20-Cr3C2金属陶瓷粉末，其中NiCr合金总质量分数为30%，固体润滑剂WS2的添加量为30%。/n

【技术特征摘要】
1.一种NiCr/Cr3C2/WS2自润滑耐磨涂层，制备原料包括：选取热轧态的0Crl8Ni9奥氏体不锈钢作为基体材料，硬度约200HV，切割成50mm×40mm×8mm的样品，采用砂纸对基体表面进行打磨，并用乙醇溶液清洗干净，熔覆材料选用Ni80Cr20-Cr3C2金属陶瓷粉末，其中NiCr合金总质量分数为30%，固体润滑剂WS2的添加量为30%。


2.根据权利要求1所述的NiCr/Cr3C2/WS2自润滑耐磨涂层，其特征是NiCr/Cr3C2/WS2自润滑耐磨涂层的制备步骤为：电子天平称重后混合，放入球磨机(QM-SP04)中球磨2h，然后使用甲基纤维素黏结剂将混合粉末预置在0Crl8Ni9基体上，厚度约1.5mm，最后放人干燥箱，加热到80℃保温烘干2h，激光熔覆设备采用GS-TFI-10kW型高功率横流CO2激光器，熔覆工艺参数为：功率1.5kW，矩形光斑尺寸为6mm×3mm(长×宽)，扫描速率为4mm/s，熔覆过程中向熔池吹氮气进行保护。


3.根据权利要求1所述的NiCr/Cr3C2/WS2自润滑耐磨涂层，其特征是NiCr/Cr3C2/WS2自润滑耐磨涂层的检测步骤为：用XPert-ProMPD(XRD)分析了涂层的物相组成，用S-4700场发射扫描电镜(SEM)观察了涂层横截面的显微组织，并使用其附带的能谱系统(EDS)检测涂层中各区域元素成分，利用MH-5...

【专利技术属性】
技术研发人员：王洪伟，
申请(专利权)人：王洪伟，
类型：发明
国别省市：辽宁;21