一种涂覆自润滑耐磨复合涂层的304不锈钢及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种涂覆自润滑耐磨复合涂层的304不锈钢及其制备方法。本发明专利技术的不锈钢包括以下组分：Co、Cu、TiC、Cr

【技术实现步骤摘要】
一种涂覆自润滑耐磨复合涂层的304不锈钢及其制备方法
本专利技术属于复合材料
，具体涉及一种涂覆自润滑耐磨复合涂层的304不锈钢及其制备方法。
技术介绍
304不锈钢在常温下具有良好的耐腐蚀性和抗氧化性，被广泛应用于机械制造、石油化工等领域。但是304不锈钢的硬度相对较低(200～250HV)，其热稳定性、耐磨性较差，因此通常在不锈钢外表面采用激光熔覆技术来提升其耐磨减摩性能。目前大部分适用于304不锈钢的耐磨复合涂层都只具有单一的耐磨性能，而对于摩擦对偶件却缺乏摩擦相容性，即缺乏相应的自润滑性能，导致摩擦对偶件的磨损会加剧，严重限制了304不锈钢作为活塞环、汽轮机叶片及发动机轴承等重要摩擦运动副零部件的应用。对304不锈钢在采用激光熔覆技术改变其表面性能的同时，因为材质的特殊性，对激光熔覆过程的工艺参数及涂层原材料的成分和制备过程要求更加严格。目前，国内外已有较多采用激光熔覆技术改善金属材料耐磨性能的报道。相关技术中在35CrMo钢上激光熔覆Co基合金和Ti3SiC2混合粉末制备了金属基复合材料(MMC)自润滑涂层实验结果表明，涂层主要由γ-Co、Ti3SiC2、Cr7C3和TiC组成。在熔覆过程中Ti3SiC2部分溶解形成TiC。涂层的显微硬度显著提高，至少是基体的2.3倍。涂层的耐磨性是基体的3.6～6.2倍，添加质量分数为10％的Ti3SiC2涂层的耐磨性最高。相关技术还通过在奥氏体不锈钢表面激光熔覆70％Al2O3+30％Mn耐磨复合涂层，通过改变激光功率和激光扫描速度等参数，分析复合涂层的摩擦学性能，结果表明：当扫描速度为15mm/s，激光功率为2kW时，不锈钢和复合涂层在室温下的磨损失重分别为2.6mg和0.6mg，可知复合涂层有良好的耐磨性能。在马氏体不锈钢表面激光熔覆了M/F和M/A两种熔覆涂层(M代表马氏体、F代表铁素体、A代表奥氏体)，分别对其进行了V元素微合金化和后热处理，分析熔覆层的组织性能。结果表明：在V元素微合金化后，当V含量为0.25wt.％时，M/F激光熔覆层的综合力学性能最佳，随着V元素的进一步增加，其会降低激光熔覆层的耐腐蚀性能。M/A激光熔覆层经历200℃和400℃回火处理1小时后，M/A熔覆层保持高强度和高硬度，进而提高激光熔覆涂层的耐磨性能。但是，该涂层材料体系和制备方法没有考虑改善304不锈钢的自润滑性能，不能在宽温域范围内涂层具备良好的自润滑耐磨性能，难以满足应用的实际需要。因此，需要开发一种涂覆自润滑耐磨复合涂层的304不锈钢，该304不锈钢的自润滑性和耐磨性好。
技术实现思路
本专利技术要解决的第一个技术问题为：一种涂覆自润滑耐磨复合涂层的304不锈钢，该304不锈钢在高温下的自润滑性和耐磨性好。本专利技术要解决的第二个技术问题为：上述复合涂层材料的制备方法。为解决上述第一个技术问题，本专利技术提供的技术方案为：一种涂覆自润滑耐磨复合涂层的304不锈钢，包括以下组分：Co、Cu、TiC、Cr7C3、Fe2C、Ti3SiC2和304不锈钢。根据本专利技术的一些实施方式，所述复合涂层材料采用合金粉末经激光熔覆工艺得到，所述复合涂层材料包括以下原料：金属钴、金属铜和Ti3SiC2。金属钴灰色不规则状粉末，具有良好的润湿性、耐蚀性、高温自润滑作用；在涂层体系中作为增韧相，具有较大非晶形成能力；赋予涂层以高硬度、良好的耐磨性和耐腐蚀性等特点；三元润滑剂Ti3SiC2层状六方结构化合物，在高温下容易产生层间滑动，从而具有高温润滑效果；软金属Cu为浅玫瑰红树枝状粉末，具有良好的强度、导热性和耐磨性，并在在滑动过程中，因其具有较好的塑性，在室温的磨损过程中易受压形成润滑膜，在高温下，则会形成氧化物，同样具有润滑作用，可作为一种可靠的固体润滑剂。根据本专利技术的一些实施方式，所述复合涂层材料包括以下重量份数的原料：金属钴74份～81份、Ti3SiC24份～6份和金属铜15份～25份。根据本专利技术的一些实施方式，所述复合涂层材料包括以下重量份数的原料：金属钴75份、Ti3SiC25份和金属铜20份。根据本专利技术的一些实施方式，所述金属钴的纯度为99.99％以上。根据本专利技术的一些实施方式，所述金属钴的粒径为50μm～150μm。根据本专利技术的一些实施方式，所述金属铜的粒径为50μm～200μm。根据本专利技术实施方式的提高304不锈钢摩擦学性能的复合涂层材料，至少具备如下有益效果：该复合涂层利用了Co用于增韧相，提高了涂层的硬度，耐磨性和润湿性；TiC、Cr7C3、Fe2C等具有较高硬度的陶瓷颗粒，弥补了304不锈钢硬度较低的缺陷，增强了复合涂层的自润滑性能；Cu作为固体润滑剂，在滑动过程中，因其具有较好的塑性，在室温的磨损过程中易受压形成润滑膜，在高温下形成了氧化物，同样具有润滑作用，提高了304不锈钢的耐磨减摩效果。为解决上述第二个技术问题，本专利技术提供的技术方案为：上述复合涂层材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将所述合金粉末球磨获得混合物，将所述混合物烘干；S2、对304不锈钢基材进行打磨；S3、将步骤S1烘干后的混合物利用同步送粉法进行激光搭接辐照熔覆处理。根据本专利技术的一些实施方式，所述激光搭接辐照熔覆处理的工艺参数为：激光的输出功率为1.5kW～1.7kW，光斑直径为1.5mm～3.0mm，扫描速度为700mm/min～900mm/min，送粉速率为15g/min～25g/min，搭接率为50％。根据本专利技术的一些实施方式，所述激光搭接辐照熔覆处理的工艺参数为：激光的输出功率为1.6kW，光斑直径为2mm，扫描速度为800mm/min，送粉速率为20g/min，搭接率为50％。根据本专利技术的一些实施方式，所述球磨时间为2h～2.5h。根据本专利技术的一些实施方式，所述球磨的磨球为GCr15磨球。根据本专利技术的一些实施方式，所述烘干的温度为80℃～120℃。根据本专利技术的一些实施方式，所述烘干的时间为8h～10h。根据本专利技术的一些实施方式，所述激光的波长为980nm～1000nm。根据本专利技术的一些实施方式，所述打磨过程选用的砂纸为100目、400目、600目、800目、1200目和2000目中的至少一种。根据本专利技术实施方式的复合涂层材料的制备方法，至少具备如下有益效果：本专利技术采用激光熔覆技术，以Co-Ti3SiC2-Cu合金粉末为原料，在304不锈钢基材表面制备复合涂层，其中Co为增韧相，Ti3SiC2为增强相，Cu为润滑相，三者对复合涂层摩檫学性能的提高具有很好的协同作用。与304不锈钢基材相比，复合涂层的平均硬度提高了1.8倍，大大提高了304不锈钢基材的表面耐磨性；扩宽了304不锈钢在关键运动副零部件中的商业应用。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的说明，其中：图1为本专利技术实施例和对比例一中金属钴的SEM图；图2为本专利技术实施例和对比例一中Ti3SiC2的SEM图；图3为本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种涂覆自润滑耐磨复合涂层的304不锈钢，其特征在于：包括以下组分：Co、Cu、TiC、Cr

【技术特征摘要】
1.一种涂覆自润滑耐磨复合涂层的304不锈钢，其特征在于：包括以下组分：Co、Cu、TiC、Cr7C3、Fe2C、Ti3SiC2和304不锈钢。


2.根据权利要求1所述的一种涂覆自润滑耐磨复合涂层的304不锈钢，其特征在于：由原料经激光熔覆工艺得到，所述复合涂层材料包括以下原料：金属钴、金属铜和Ti3SiC2。


3.根据权利要求2所述的一种涂覆自润滑耐磨复合涂层的304不锈钢，其特征在于：所述复合涂层材料包括以下重量份数的原料：金属钴74份～81份、Ti3SiC24份～6份和金属铜15份～25份。


4.根据权利要求2所述的一种涂覆自润滑耐磨复合涂层的304不锈钢，其特征在于：所述复合涂层材料包括以下重量份数的原料：金属钴75份、Ti3SiC25份和金属铜20份。


5.根据权利要求2至4任一项所述的一种涂覆自润滑耐磨复合涂层的304不锈钢，其特征在于：所述金属钴的纯度为99.99％以上。


6.根据权利要求2至4任一项所述的一种涂覆自润滑耐磨复合涂层的304不锈钢，其特征在于：所述金属钴的粒径为50μm～150μm。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘秀波，王港，刘一帆，祝杨，孟元，梁金，
申请(专利权)人：中南林业科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43