一种氧化铬基减磨涂层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种氧化铬基减磨涂层及其制备方法，所述氧化铬基减磨涂层的组成包括Cr

【技术实现步骤摘要】
一种氧化铬基减磨涂层及其制备方法
本专利技术涉及一种氧化铬基减磨涂层及其制备方法，属于耐磨涂层领域。
技术介绍
近年来随着科学技术的迅猛发展，严苛工作环境的出现对耐磨涂层的要求也逐渐提高，部分无法使用润滑油或者高温下润滑油失效的服役情况下(如内燃机活塞与套筒之间)，单相陶瓷涂层很难实现无油自润滑，因此设计一种干摩擦条件下具有优异的耐磨性能及低摩擦系数的减磨涂层显得很有必要。据报道，对比分析等离子喷涂硬质涂层WC-Mo、Cr3C2-Mo、TiC-Mo及Al2O3-TiO2在干摩擦条件下的磨损性能时发现，无论是在25℃、425℃还是725℃，以上几种涂层的摩擦系数及磨损率均较高，无法获得实际应用。而Cr2O3在某些工况下表现出良好的耐磨性(文献1B.Q.Wang，R.S.Zheng,Slidingwearofthermal-sprayedchromiacoatings,Wear,1990,138:93-110.)。Cr2O3陶瓷涂层作为一种传统的耐磨涂层，以其优异的综合性能，如高熔点、高硬度、优异的耐磨性及高温化学稳定性等在海事、化工及汽车等领域得到了广泛应用。J.H.Ouyang等采用在Cr2O3涂层中引入自润滑相CaF2和Ag2O，在从室温到800℃与Al2O3球对磨来研究其摩擦学性能，结果显示室温下复合涂层的摩擦系数很高(0.75～0.82)，随着温度的逐渐升高，复合涂层的摩擦系数逐渐降低(文献2J.H.Ouyang,S.Sasaki,Effectsofdifferentadditivesonmicrostructureandhigh-temperaturetribologicalpropertiesofplasma-sprayedCr2O3ceramiccoatings,Wear,2001,249:56-67.)。中CaF2在低温下几乎没有润滑效果。六方氮化硼(h-BN)作为一种固体润滑剂，具有类似石墨一样的层状结晶结构，却不会像石墨那样带来黑色污染，空气中抗氧化温度高达900℃，明显优于石墨(450℃)和MoS2(400℃)，氮气或惰性气氛下使用温度高达2800℃，并且高温条件下润滑效果更为显著，应用前景广阔。在各种热喷涂技术中，大气等离子体喷涂技术具有等离子体焰流温度高，粉体沉积效率高，可喷涂材料广泛等特点，应用最为广泛，尤其适用于喷涂高熔点涂层材料。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在克服现有技术的不足，提供一种具有自润滑减磨特性的氧化铬基复合涂层及其制备方法。一方面，本专利技术提供了一种氧化铬基减磨涂层，所述氧化铬基减磨涂层的组成包括Cr2O3主相、以及分散于所述Cr2O3主相中的h-BN第二相，所述h-BN的含量为1～10wt.％，优选为1～7wt.％。本专利技术提供的氧化铬基复合涂层以Cr2O3为主相，以及分散于所述Cr2O3主相中具有自润滑性能的h-BN第二相。具有高硬度、良好的化学稳定性及耐磨性能。本案具有自润滑性能的h-BN晶体结构与石墨类似，在摩擦磨损过程中可以在涂层表面起到固体润滑，降低摩擦系数的作用，同时摩擦磨损过程中产生的摩擦热导致涂层表面散点温度升高，BN发生氧化反应生成B2O3，B2O3覆盖在涂层表面，保护涂层免受进一步磨损，从而起到减小摩擦系数和磨损率的作用。本专利技术提供的氧化铬基减磨涂层在摩擦磨损过程(室温下模拟环境测试)中所述h-BN第二相发生氧化反应生成以B2O3为主要成分的摩擦膜覆盖在涂层表面。较佳地，所述氧化铬基减磨涂层的厚度为100～500μm，优选为200～400μm。另一方面，本专利技术还提供了一种如上述的氧化铬基减磨涂层的制备方法，选用Cr2O3-BN复合粉体作为原料，采用大气等离子喷涂技术在基体表面制备所述氧化铬基减磨涂层；所述大气等离子体喷涂工艺参数为：等离子体气体Ar流量30～50slpm；等离子体气体H2流量为5～20slpm；送粉载气Ar：2～7slpm；原料的送粉速率：10～25rpm；喷涂距离：100～150mm；喷涂功率为：30～55kW。较佳地，所述Cr2O3-BN复合粉体的粒径分布范围为20～100μm。较佳地，所述Cr2O3-BN复合粉体为含有Cr2O3粉体和h-BN粉体的复合粉体，其制备方法包括：将Cr2O3粉体和h-BN粉体，加入溶剂和粘结剂，得到浆料；将所得浆料再经喷雾造粒和干燥后，得到所述含有Cr2O3粉体和h-BN粉体的复合粉体。较佳地，所述Cr2O3粉体的粒径分布范围为1～8μm；所述h-BN粉体的粒径分布范围为1～8μm。较佳地，所述基体为金属基体、合金基体、石墨基体或碳/碳复合材料基体。又，较佳地，当基体为金属基体或合金基体时，所述基体表面带有NiCr过渡层；当基体为石墨基体或碳/碳复合材料基体时，所述基体表面带有SiC过渡层。又，较佳地，所述基体的表面经过预处理，所述预处理包括超声清洗和喷砂粗化。本专利技术中，所述氧化铬基减磨涂层是在纯Cr2O3涂层的基础上进一步改性后制备得到，其改善了涂层的摩擦磨损性能。而且，所得涂层中的自润滑相(第二相)能够在摩擦磨损过程中在涂层表面起到润滑、降低摩擦系数的作用，具有良好的减磨耐磨性能。附图说明图1为实施例1中制备的Cr2O3-5wt.％BN复合粉体的微观形貌图(a)及EDS图(b)；图2为实施例1中制备的Cr2O3-5wt.％BN复合涂层的表面形貌图；图3为实施例1中制备的Cr2O3-5wt.％BN复合涂层的截面形貌图；图4为实施例1中制备的Cr2O3-5wt.％BN复合涂层与对比例1制备的纯Cr2O3涂层在50N载荷分别与WC-Co摩擦副对磨的平均摩擦系数(a)及磨损率(b)对比图；图5为实施例1中制备的Cr2O3-5wt.％BN复合涂层与WC-Co摩擦副对磨后磨损表面生成的摩擦膜截面形貌(a)和对应的元素分布图(O元素和B元素)；图6为实施例2制备的Cr2O3-10wt.％BN复合涂层与实施例1中制备的Cr2O3-5wt.％BN复合涂层和对比例1中制备的纯Cr2O3涂层在50N载荷分别与WC-Co摩擦副对磨的平均摩擦系数(a)和磨损率(b)对比图；图7为对比例1中制备的纯Cr2O3涂层的表面形貌图(a)和截面形貌图(b)。具体实施方式以下通过下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。本公开中，氧化铬基减磨涂层(也可称自润滑减磨涂层)以Cr2O3为主相，利用Cr2O3高硬度，优良的耐磨特性，使得涂层具有良好的耐磨性能；同时以h-BN为第二相(含量占1～10wt.％)，h-BN的自润滑特性可以进一步降低涂层摩擦系数及磨损率，使涂层具有减磨特性，延长了涂层服役寿命。在可选的实施方式中，h-BN含量可为1～7wt.％。若是含量过量，BN可能会在涂层中存在团聚现象，由于BN本身硬度较低，在高载荷条件下，微裂纹易出现在BN富集区并在后续磨损过程中发生涂层剥落现象，导致涂层磨损率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化铬基减磨涂层，其特征在于，所述氧化铬基减磨涂层的组成包括Cr

【技术特征摘要】
1.一种氧化铬基减磨涂层，其特征在于，所述氧化铬基减磨涂层的组成包括Cr2O3主相、以及分散于所述Cr2O3主相中的h-BN第二相，所述h-BN的含量为1～10wt.%，优选为1～7wt%。


2.根据权利要求1所述的氧化铬基减磨涂层，其特征在于，所述氧化铬基减磨涂层的厚度为100～500μm，优选为200～400μm。


3.一种如权利要求1或2所述的氧化铬基减磨涂层的制备方法，其特征在于，选用Cr2O3-BN复合粉体作为原料，采用大气等离子喷涂技术在基体表面制备所述氧化铬基减磨涂层；所述大气等离子体喷涂工艺参数为：等离子体气体Ar流量30～50slpm；等离子体气体H2流量为5～20slpm；送粉载气Ar：2～7slpm；原料的送粉速率：10～25rpm；喷涂距离：100～150mm；喷涂功率为：30～55kW。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述Cr2O3-BN复合粉体的粒径分布范围为20～100μm。


5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛亚然，涂文华，李红，洪督，石旻昊，钟鑫，郑学斌，
申请(专利权)人：上海大学，中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31