一种宽温域润滑耐磨复合涂层及其制备、喷涂方法技术

本发明专利技术提供了一种宽温域润滑耐磨复合涂层及其制备、喷涂方法，该复合涂层为AlCoCrFeNi‑Ag‑CaF

A lubricating and wear-resistant composite coating with wide temperature range and its preparation and spraying method

【技术实现步骤摘要】
一种宽温域润滑耐磨复合涂层及其制备、喷涂方法
本专利技术属于涂层材料领域，具体涉及一种宽温域润滑耐磨基复合涂层的制备方法，该涂层具有高的致密性、高的结合强度、优异的抗高温软化性能，在室温～800℃内具有优异的耐磨性，在宽温域范围内可作为耐磨涂层材料得到广泛应用。
技术介绍
摩擦磨损是零部件运行失效的主要原因之一，零部件的减摩性能决定了其服役的稳定性，抗磨性能决定了其服役的寿命和可靠性。随着现代工艺的发展，关键零部件的服役环境越来越苛刻，尤其是服役温度越来越高，服役温度范围越来越宽泛。比如，被誉为航空航天黑科技的新一代气浮轴承，不仅要求满足在室温～800℃内不同温度区间均能良好服役，而且要满足在启停阶段具有优异的抗磨和减摩性能。表面抗磨润滑涂层技术是解决零部件高温、宽温域耐磨的理想办法，不仅能够维持基体材料优异的力学性能，满足零部件性能需求；而且能够有效地实现表面减摩和抗磨功能。但面对日益苛刻的高温环境和综合性能要求，现有的表面抗磨润滑涂层材料存在一定的局限性。镍基、钴基等固溶体涂层材料在高温下容易发生软化，温度高于800℃时，磨损严重；镍铝、铁铝等金属间化合物基涂层材料和碳化物、氮化物、氧化物等陶瓷基涂层材料，与基体的结合强度较差，制备的涂层致密性差，易出现裂纹，设备要求和制备成本高。除了针对性地调控增强相和辅助相等，以弥补不同抗磨润滑涂层材料的短板；开发具有优异综合性能、新型结构的固体润滑涂层材料，是满足我国高尖端领域关键技术顺利研发和突破的另一条重要途径。高熵合金是一种结构独特的多主元合金，具有传统合金不具备的晶格畸变效应、高熵效应、缓慢扩散效应和复合效应，其强度、耐磨性、抗高温润滑性能优于镍基、钴基等固溶体，韧性、与镍/钢的热膨胀系数匹配性优于镍铝、铁铝等金属间化合物。高熵合金一般呈现面心立方(FCC)相和体心立方(BCC)相；相比FCC相的高熵合金，BCC相的高熵合金强度和耐磨性较高，更适用于耐磨领域。尤其是纳米B2相和BCC相网状耦合形成的AlCoCrFeNi高熵合金，断裂强度不低于2700MPa，韧性不低于32％，室温磨损量低于1.5×10-4mm3/Nm(XieSY,LiRD,YuanTC,etal.EffectofheatingrateonmicrostructureandmechanicalpropertiesofAlCoCrFeNihighentropyalloyproducedbysparkplasmasintering,MaterialsCharacterization154(2019)169–180)，在耐磨涂层中具有重要应用潜力。但是，AlCoCrFeNi高熵合金的摩擦系数较高，且活泼的过渡族元素容易与大部分润滑相反应。因此，有针对性地选取高熵合金的粉末结构、润滑相的组成和中间粘结相的成分，合理地调控等离子喷涂工艺，在保证制备高致密、高结合强度、强耐磨高熵合金涂层制备的同时，避免润滑相与高熵合金的反应，实现有效的减摩，对于抗磨润滑涂层领域的发展和高性能抗磨润滑复合涂层的研制具有非常重要的价值。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足，本专利技术的目的是一种宽温域润滑耐磨AlCoCrFeNi基复合涂层的制备方法，解决现有涂层高温软化、结合强度低和致密度差的问题，消除基体相与润滑相之间复杂反应的难题，最终制备出高致密、宽温域润滑抗磨性能优异的涂层。为解决上述问题，本专利技术的一种宽温域润滑耐磨AlCoCrFeNi基复合涂层的制备方法采用的技术方案如下：一种宽温域润滑耐磨复合涂层，为等离子喷涂涂层，该涂层为AlCoCrFeNi-Ag-CaF2/BaF2涂层。一种宽温域润滑耐磨复合涂层的制备方法，包括以下步骤：称取AlCoCrFeNi高熵合金粉末、Ag粉末和CaF2/BaF2共晶粉末，混合后装入三维混料仪进行混合5小时，得到混合均匀的粉末制品，采用等离子喷涂金属粘结涂层表面。作为一种优选的实施方案，步骤(2)中，AlCoCrFeNi高熵合金粉末为球形，粒度为45-105μm，所述AlCoCrFeNi高熵合金粉末中各元素比例：20at％Al-20at％Co-20at％Cr-20at％Fe-20at％Ni。作为一种优选的实施方案，步骤(2)中，所述Ag粉末为球形，粒度为45-105μm，所述CaF2/BaF2共晶粉末为颗粒状，粒度为38-75μm。作为一种优选的实施方案，步骤(2)中，所述Ag粉末的质量百分比为5～20％，所述CaF2/BaF2共晶粉末的质量百分比为5～20％，AlCoCrFeNi高熵合金粉末余量。一种宽温域润滑耐磨复合涂层的喷涂方法，包括如下步骤：(1)称取AlCoCrFeNi高熵合金粉末、Ag粉末和CaF2/BaF2共晶粉末，装入三维混料仪进行混合5小时，得到混合均匀的粉末制品；(2)金属物体表面经800目砂纸抛光后超声清洗除油，后用喷砂机对金属物体表面进行喷砂处理，用纯丙酮和乙醇对喷砂粗化后的金属基体进行清洗；(3)将步骤2)处理后的金属基体固定在等离子喷涂转台上，对金属基体进行预热，预热温度为300～500℃；(4)将NiCrAlY粉末装入送粉器，采用等离子喷涂工艺均匀地对步骤3)处理的金属基体上进行喷涂，在金属基体表面形成NiCrAlY的金属粘结涂层，所述金属粘结涂层厚度为80-240μm；(5)将步骤(1)制备的粉末装入送粉器，采用等离子喷涂工艺均匀地在步骤4)制备的金属粘结涂层上进行喷涂，形成AlCoCrFeNi基润滑耐磨涂层，喷涂厚度为300-700μm。作为一种优选的实施方案，步骤4)中的所述NiCrAlY粉末与步骤5)中的粉末在加入送粉器前，均进行如下处理：真空干燥箱中进行烘干处理，烘干温度为40～60℃，真空度为1×10-1～6×10-1Pa；作为一种优选的实施方案，步骤4)和5)中，等离子喷涂参数相同，均为:电流450～550A，电压50～55V，氩气流量35～45L/min，氢气流量4.5～5.5L/min，喷涂距离90～110mm，送粉率38～42g/min，所述金属粘结涂层厚度为150μm，所述AlCoCrFeNi基润滑耐磨涂层厚度为450μm。作为一种优选的实施方案，步骤(4)中，所述NiCrAlY粉末为球形，粒度为53～106μm。作为一种优选的实施方案，步骤(2)中，所述金属物体喷砂后，表面粗糙度Ra为6～8μm。涂层的相组成用X射线衍射(XRD)分析；材料的组织形貌特征用扫描电子显微镜(SEM)表征；结合强度测试依照ASTMC633标准要求测量；合金的耐磨损性能采用UMT高温摩擦试验机，对磨材料是直径10mm的Al2O3陶瓷球，测试温度是20、400、800℃，滑动速率是0.105m/s，载荷是10N，试验时间是60min。与现有技术相比，本专利技术的优点如下：采用AlCoCrFeNi高熵合金为基体，同时实现涂层优异的抗高温软化性能和高的致密性；选用Ag实现低温润滑相，CaF2/BaF2共晶实现高温润滑；利本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽温域润滑耐磨复合涂层，其特征在于，该复合涂层为AlCoCrFeNi-Ag-CaF

【技术特征摘要】
1.一种宽温域润滑耐磨复合涂层，其特征在于，该复合涂层为AlCoCrFeNi-Ag-CaF2/BaF2涂层。


2.如权利要求1所述的一种宽温域润滑耐磨复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：称取AlCoCrFeNi高熵合金粉末、Ag粉末和CaF2/BaF2共晶粉末，混合后装入三维混料仪进行混合5小时，得到混合均匀的粉末制品，采用等离子喷涂金属粘结涂层表面。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述AlCoCrFeNi高熵合金粉末为球形，粒度为45-105μm，所述AlCoCrFeNi高熵合金粉末中各元素原子百分含量：20at％Al-20at％Co-20at％Cr-20at％Fe-20at％Ni。


4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述Ag粉末为球形，粒度为45-105μm，所述CaF2/BaF2共晶粉末为颗粒状，粒度为38-75μm。


5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述Ag粉末的质量百分比为5～20％，所述CaF2/BaF2共晶粉末的质量百分比为5～20％，AlCoCrFeNi高熵合金粉末余量。


6.如权利要求1所述的一种宽温域润滑耐磨复合涂层的喷涂方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)称取AlCoCrFeNi高熵合金粉末、Ag粉末和CaF2/BaF2共晶粉末，装入三维混料仪进行混合5小时，得到混合均匀的粉末制品；
(2)金属物体表面经800目砂纸抛光后超声清洗除油，后用喷砂机对金属物体表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔竹辉，于源，石佩璎，郭旭鑫，马雯雯，刘维民，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，青岛市资源化学与新材料研究中心中国科学院兰州化学物理研究所青岛研究发展中心，
类型：发明
国别省市：甘肃;62