一种宽温域自润滑复合涂层及其制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种宽温域自润滑复合涂层及其制备工艺，属于复合材料技术领域。所述复合涂层按质量百分比计，包括以下组分：Ag粉8%

【技术实现步骤摘要】
一种宽温域自润滑复合涂层及其制备工艺


[0001]本专利技术属于复合材料
，尤其涉及一种宽温域自润滑复合涂层及其制备工艺。

技术介绍

[0002]随着航空、航天、核能及电力等现代工业技术的发展，一些运动部件，如蒸汽和燃气发电厂的涡轮机、压气机叶片、缸套、侧壁密封、排气阀和排气部件、核阀、管道，发动机绝热轴承等部件需要在高／低温（宽温域）、高速、重载等极端苛刻工况下运行。因此，能够在宽温度范围具有优异耐磨性能的自润滑复合涂层受到广泛关注。
[0003]目前，制备自润滑复合涂层的工艺有：化学气相沉积、磁控溅射、化学镀、电镀、热喷涂、激光熔覆等。上述这些工艺制备的自润滑涂层可以有效地提高耐磨性能，但是也存在一些不足。化学气相沉积和磁控溅射工艺制备的涂层太薄，不适合高载荷环境。化学镀和电镀制备涂层过程中排出的废液等污染环境。热喷涂工艺制备的涂层与基体结合强度低，涂层内部存在疏松。激光熔覆工艺制备的涂层厚度可控，涂层致密与基材呈冶金结合，但是该工艺所需的设备昂贵，占地面积大，对生产环境和人员操作要求高。
[0004]目前也有将氩弧熔覆技术用于制备自润滑复合涂层的研究。Sahoo等在TiC
‑
Ni复合粉末中加入了固体润滑剂CaF2，利用氩弧熔覆技术制备了自润滑复合涂层。Peng等以TiC、BN或纳米金刚石粉末作为原始粉末，利用氩弧熔覆技术在AISI1020碳钢表面制备了自润滑复合涂层。他们的研究结果表明，利用氩弧熔覆技术制备的自润滑复合涂层摩擦系数和磨损率较低，耐磨性能优于基体的耐磨性。但是，他们的研究在对复合涂层的耐磨性及摩擦系数改善方面有限，尤其是不能在更宽温域内具备更加优异的耐磨性。
[0005]因此，亟需研制一种在宽温域内具有良好耐磨性和减摩性能较好的复合涂层，成为工业界迫切需要解决的难题。

技术实现思路

[0006]基于此，本专利技术提供了一种宽温域自润滑复合涂层及其制备工艺，解决了复合涂层在宽温域摩擦系数大、制备成本高、操作难度大的问题。本专利技术公开的脉冲氩弧熔覆工艺热源能量密度低，采用该工艺制得的复合涂层在宽温域内具有较低的摩擦系数和磨损率，该制备工艺成本低，操作简单灵活，适于规模化生产应用。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种宽温域自润滑复合涂层，该复合涂层采用合金粉末利用脉冲氩弧熔覆工艺得到，按质量百分比计，所述合金粉末包括以下组分：Ag粉8%
‑
10%、MoS2粉6%
‑
10%、TiC粉8%
‑
10%、NiAl合金粉26.4%
‑
28.7%、Ni粉15%
‑
16%、Cr粉21%
‑
23%、余量为Mo粉。
[0008]本专利技术还提供了一种宽温域自润滑复合涂层的制备工艺，包括以下步骤：
①
按质量百分比计，分别称取Ag粉、MoS2粉、TiC粉、NiAl合金粉、Ni粉、Cr粉和Mo粉；
②
将步骤
①
称取的合金粉末与酒精混合，制得混合料，再将该混合料置于干燥箱中，干燥，制得混合合金粉末；
③
将步骤
②
制得的混合合金粉末与去离子水混合，形成糊状粉末，将糊状粉末预置在304不锈钢基板表面，并置于干燥箱中，干燥，制得基板表面的预置粉末；
④
使用脉冲氩弧熔覆设备将步骤
③
制得的基板表面的预置粉末熔化，再经过冷却后，制得宽温域自润滑复合涂层。
[0009]优选的，步骤
①
中，按质量百分比计，所述Ag粉8%
‑
10%、MoS2粉6%
‑
10%、TiC粉8%
‑
10%、NiAl合金粉26.4%
‑
28.7%、Ni粉15%
‑
16%、Cr粉21%
‑
23%、余量为Mo粉。
[0010]优选的，步骤
②
中，所述干燥温度为70
‑
90℃，干燥时间为60
‑
80min。
[0011]优选的，步骤
②
中，所述合金粉末与酒精的质量比为（0.8
‑
1.5）：1。
[0012]优选的，步骤
③
中，所述合金粉末与去离子水的质量比为（6
‑
8）:1。
[0013]优选的，步骤
③
中，所述干燥温度为70
‑
90℃，干燥时间为60
‑
80min。
[0014]优选的，步骤
③
中，所述糊状粉末在304不锈钢基板表面预置的厚度0.8
‑
1.4mm。
[0015]优选的，步骤
④
中，所述脉冲氩弧熔覆工艺参数为：脉冲频率为5
‑
10Hz，峰值电流为100
‑
130A，基值电流为18
‑
36A，占空比为45%，脉冲氩弧热源移动速率为0.8
‑
3mm/s，氩气流量8L/min。
[0016]本专利技术的优点和有益效果：（1）采用本专利技术公开的脉冲氩弧熔覆工艺制得的自润滑复合涂层，从室温至800℃的宽温域内都有低的摩擦系数和磨损率。首先，本专利技术涉及的制备涂层方法属于快速凝固方式，凝固组织的晶粒无法长大，实现了细晶强化效果；加入的Cr、Mo等元素起到固溶强化作用；涂层中存在的高硬度TiC也提供了一定的强化效果。因此，制备的涂层具有高的硬度，良好的高温抗蠕变能力。也就是说这使得涂层在室温到高温宽温域摩擦过程中具有好的抵抗变形能力，从而保证了其具有低的摩擦系数和磨损率。另外，本专利技术中添加的MoS2在高温作用下分解形成的S与Ti、C元素结合形成Ti2SC等润滑相。这些润滑相与添加的润滑相Ag一同使得制备的涂层在室温到600℃温度范围内都具有低的摩擦系数。在800℃下的摩擦过程中，Ti2SC润滑相分解，但摩擦界面附近形成的Ni、Ag等金属的氧化物等在高温及摩擦作用下软化成为新的润滑相，使得制备的涂层在高温下仍然具有低的摩擦系数。
[0017]（2）采用本专利技术公开的脉冲氩弧熔覆工艺制得的复合涂层厚度较大，可以承受较大的载荷。本专利技术制备复合涂层中使用的脉冲氩弧熔覆设备在工业生产中常见，成本低，操作简单灵活，适于规模化生产应用。
附图说明
[0018]图1是本专利技术的制备工艺流程图。
[0019]图2是实施例3的复合涂层微观组织。
[0020]图3是实施例3的复合涂层在室温到800℃下的摩擦系数。
[0021]图4是实施例3的复合涂层从室温到800℃下的磨损率。
[0022]图5是实施例3的复合涂层在不同温度下的磨痕内部微观组织。
具体实施方式
[0023]为了进一步了解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽温域自润滑复合涂层，其特征在于：该复合涂层采用合金粉末利用脉冲氩弧熔覆工艺得到，按质量百分比计，所述合金粉末包括以下组分：Ag粉8%
‑
10%、MoS2粉6%
‑
10%、TiC粉8%
‑
10%、NiAl合金粉26.4%
‑
28.7%、Ni粉15%
‑
16%、Cr粉21%
‑
23%、余量为Mo粉。2.一种宽温域自润滑复合涂层的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：
①
分别称取Ag粉、MoS2粉、TiC粉、NiAl合金粉、Ni粉、Cr粉和Mo粉；
②
将步骤
①
称取的合金粉末与酒精混合，制得混合料，再将该混合料置于干燥箱中，干燥，制得混合合金粉末；
③
将步骤
②
制得的混合合金粉末与去离子水混合，形成糊状粉末，将糊状粉末预置在304不锈钢基板表面，并置于干燥箱中，干燥，制得基板表面的预置粉末；
④
使用脉冲氩弧熔覆设备将步骤
③
制得的基板表面的预置粉末熔化，再经过冷却后，制得宽温域自润滑复合涂层。3.根据权利要求2所述的宽温域自润滑复合涂层的制备工艺，其特征在于：步骤
①
中，按质量百分比计，所述Ag粉8%
‑
10%、MoS2粉6%
‑
10%、TiC粉8%
‑
10%、NiAl合金粉26.4%
‑
28.7%、Ni粉15%
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：李秋东，郑博，李晓磊，郭春文，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：