一种熔覆高熵合金自润滑涂层的方法技术

本发明专利技术公开了一种熔覆高熵合金自润滑涂层的方法，氩气保护下采用激光在低碳钢表面加热熔覆一定比例的由Cr粉、Cu粉、Fe粉、Co粉、Ni

【技术实现步骤摘要】
一种熔覆高熵合金自润滑涂层的方法


[0001]本专利技术属于高能束表面处理领域，特别涉及采用激光熔覆制备自润滑复合涂层的方法。

技术介绍

[0002]随着现代科技的发展，机械装备的工况环境愈加恶劣，如重载荷、腐蚀等，由于重载荷的作用常导致摩擦产生高温，进一步加剧氧化、零件表面强度与硬度降低，进而导致剧烈的磨损，因此过量磨损是恶劣工况下关键运动零部件的主要失效形式之一。高熵合金为由五个以上的金属组元按照等原子比或接近于等原子比合金化的合金，具有一些传统合金所无法比拟的优异机械性能，如高硬度、高耐磨耐腐蚀性、高温性能等，特别适合于制备涂层，是材料科学与工程的一个研究热点。激光熔覆以激光作为热源，将熔覆粉末熔化于基材表面，在零件表面制备耐磨涂层，在一定程度上可提高零部件的耐磨性，提高机械装备使用寿命和可靠性，但通常的耐磨涂层会产生较大的摩擦而产生高温，需要润滑减少摩擦，但在某些特殊的工况下，如高温、重载、真空、辐射等，普通润滑油效果并不佳。在零件表面制备可以降低摩擦同时又能提高耐磨性的涂层是有效的方法之一。金属基自润滑涂层具有良好的耐磨、润滑和抗高温等性能，但加入的润滑成分、数量、与基体结合情况在一定程度上影响涂层的致密性和结合强度，甚至造成大裂纹和孔洞等缺陷，影响摩擦学性能和力学性能。
[0003]三元化合物Ti3SiC2具有较好的高温性能、良好的导热性和较好的热稳定性，其层状结构使得它比石墨具有更低的摩擦系数，将Ti3SiC2熔覆进涂层中，其高的稳定性能保持其结构相对稳定，为进一步降低Ti3SiC2分解，此外，通过对Ti3SiC2镀镍处理，可以避免其在熔覆高温过程中的分解，而其良好的高温性能与高熵合金相匹配，同时良好的润滑性提高了涂层的润滑性。激光良好聚焦能够实现快速加热，具有操作方便的优点，采用激光加热熔覆添加有Ti3SiC2的高熵合金粉末制作涂层，能够提高涂层润滑性能、耐磨性能等，但其高温会熔化部分钢基体使涂层中的铁含量升高。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的问题是普通零部件在较重载荷作用下因摩擦产生高温而使得普通的耐磨涂层性能出现下降，本申请通过添加一定的Ti3SiC2，生成含有Ti3SiC2的涂层，利用Ti3SiC2特有的良好高温性和自润滑性能，降低涂层摩擦，提高涂层耐磨性。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的制作方法包括下述工艺步骤：
[0006]步骤一、选取将要强化的低碳钢作为基体，对零件的待强化表面进行预处理，用砂轮或砂纸打磨待加工零部件的表面除锈，用酒精或丙酮清除零部件表面的油污；
[0007]步骤二、将原料Cr粉、Cu粉、Fe粉、Co粉、Ni
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Cr
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B
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Si粉、镍包Ti3SiC2按质量百分比为：26～28：26～29：12～15：25～28：30～31：11～14的比例进行球磨混合，制得混合粉末；其中Cr粉、Cu粉、Fe粉、Co粉的纯度高于99.5％，粉末粒径120
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240μm；Ni
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Cr
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B
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Si粉成分的质量百分比为Cr：9～14，B：2.5～4.5，Si：3～4.5，C：0.1～0.2，其余为Ni。镍包Ti3SiC2粉粒
度为50～85μm，其中镍的重量含量在12～15％，其余为Ti3SiC2。其中球磨混合是采用钢制球磨罐进行球磨混合，磨球为玛瑙球，磨球与金属粉质量比为3～3.1∶1，密封后打开真空阀抽真空26～34分钟，将球磨罐放入行星式球磨机，转速为260～310r/min，倒向频率29～45Hz，进行球磨混料28～42分钟。
[0008]步骤三、将混合粉末与压敏胶按质量比例1.1～1.3:1混合制成预制熔覆粉，将其涂覆到钢基体表面，涂覆厚度为0.9～1.3cm，宽度为0.5～0.7cm，在100～120℃烘干1.5～2h。
[0009]步骤四、采用激光加热涂覆的熔覆粉进行逐行加热熔覆，其中激光熔覆的功率为2.1kW～3.2kW，氩气作为保护气的流量为20～23L/min，扫描速度为7～13mm/s，离焦量为30～40mm，搭接率在28～35％。冷却凝固后即为耐磨自润滑涂层。
[0010]本专利技术的有益效果：
[0011](1)本专利技术熔覆生成的涂层中含有的Ti3SiC2具有良好的导热性、高温性能和自润滑性能，使得涂层降低了摩擦，进而降低了摩擦产生的高温，避免涂层产生高温。
[0012](2)本专利技术采用高熵合金作为涂层的基体，其具有良好的高温性能、韧性和耐磨性，能够提高涂层的耐磨性。
[0013](3)涂层中添加的镍包Ti3SiC2在高温具有较好的稳定性，使得在熔覆过程中保持Ti3SiC2良好的性能。
具体实施方式
[0014]以下将结合各实施方式对本专利技术进行详细描述。但该等实施方式并不限制本专利技术，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本专利技术的保护范围内。
[0015]实施例1：
[0016]步骤一、采用Q235钢作为基体，对零件的待强化表面进行预处理，用砂纸打磨待加工零部件的表面除锈，用酒精或丙酮清除零部件表面的油污；
[0017]步骤二、将原料Cr粉、Cu粉、Fe粉、Co粉、Ni
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Cr
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B
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Si粉、镍包Ti3SiC2按质量百分比为：26：29：12：28：30：14的比例进行球磨混合，制得混合粉末；其中Cr粉、Cu粉、Fe粉、Co粉的纯度高于99.5％，粉末粒径120
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240μm；Ni
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Cr
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B
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Si粉成分的质量百分比为Cr：9～14，B：2.5～4.5，Si：3～4.5，C：0.1～0.2，其余为Ni。镍包Ti3SiC2粉粒度为50～85μm，其中镍的重量含量在12～15％，其余为Ti3SiC2。其中球磨混合是采用钢制球磨罐进行球磨混合，磨球为玛瑙球，磨球与金属粉质量比为3∶1，密封后打开真空阀抽真空26分钟，将球磨罐放入行星式球磨机，转速为260r/min，倒向频率29Hz，进行球磨混料28分钟。
[0018]步骤三、将混合粉末与压敏胶按质量比例1.1:1混合制成预制熔覆粉，将其涂覆到钢基体表面，涂覆厚度为0.9cm，宽度为0.5cm，在100℃烘干1.5h。
[0019]步骤四、采用激光逐行加热涂覆的熔覆粉进行加热熔覆，其中激光熔覆的功率为2.1kW，氩气作为保护气，其流量为20L/min，扫描速度为7mm/s，离焦量为30mm，搭接率在28％。
[0020]经实验表明，采用激光熔覆添加镍包Ti3SiC2成分的高熵合金粉末，能够在低碳钢表面成功制作自润滑涂层，涂层基本无空洞、光滑，涂层与基体呈冶金结合，形成了含
Ti3SiC2的高熵合金基涂层，其中分布有少量碳化物Cr7C3和Cr
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C6。采用的激光功本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种熔覆高熵合金自润滑涂层的方法，由单质金属粉、预合金粉、镍包Ti3SiC2等组成的混合金属粉末采用激光加热熔覆而成，其特征在于，所述的制作方法包括以下步骤：步骤一、选取将要强化的低碳钢作为基体，对零件的待强化表面进行预处理，用砂轮或砂纸打磨待加工零部件的表面除锈，用酒精或丙酮清除零部件表面的油污；步骤二、将原料Cr粉、Cu粉、Fe粉、Co粉、Ni
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Cr
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B
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Si粉、镍包Ti3SiC2按一定比例混合，并用球磨机进行球磨混合，制得混合粉末；步骤三、将混合粉末与压敏胶按质量比例1.1～1.3:1混合制成预制熔覆粉，将其涂覆到钢基体表面，涂覆厚度为0.9～1.3cm，宽度为0.5～0.7cm，并烘干；步骤四、采用激光加热涂覆的熔覆粉进行逐行加热熔覆，冷却凝固后即为耐磨自润滑涂层。2.根据权利要求1所述的一种熔覆高熵合金自润滑涂层的方法，其特征在于：所述的Cr粉、Cu粉、Fe粉、Co粉的纯度高于99.5％，其粒度为120
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240μm；Ni
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Cr
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Si粉成分的质量百分比为Cr：9～14，B：2.5～4.5，S...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢金斌，孟雯露，徐洪洋，汪帮富，彭漩，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：