一种爆炸喷涂镍基润滑涂层的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种爆炸喷涂镍基润滑涂层的制备方法，该方法包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种爆炸喷涂镍基润滑涂层的制备方法


[0001]本专利技术涉及金属表面处理
，尤其涉及一种爆炸喷涂镍基润滑涂层的制备方法。

技术介绍

[0002]固体润滑涂层材料是解决航空航天、核能等领域高端装备机械零部件高温摩擦与磨损的重要途径。欧美日等发达国家在固体润滑涂层材料技术的研制和发展处于国际领先水平，上世纪美国航空航天局格林研究中心以镍合金为基体相，Ag+CaF2/BaF2为复合润滑相，Cr3C2/Cr2O3为强化抗磨相，开创性地研制了PS系列镍基润滑涂层，成功应用于航天器摆动轴承、空气轴承等部件，实现室温至650℃宽温度范围内的润滑与耐磨技术难题(NASA/TM
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2010
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216774)。国内，近二十年众多科研机构和学者系统开展了镍基固体润滑涂层的研究，在制备工艺多样化（喷涂、激光熔敷）、协同润滑设计多元化方面均开展了大量卓有成效的工作，但镍基固体润滑涂层的性能还存在一些问题，主要表现为涂层层基结合力低、润滑耐磨损性能较差。
[0003]优良的喷涂制备技术和工艺是保障固体润滑耐磨涂层具有良好组织结构和优异性能的一个关键要素。超音速火焰喷涂和等离子喷涂等热喷涂技术是目前最常见的涂层制备手段，但它们所制备的涂层存在结合强度低、易剥落、孔隙率高、耐磨损性能不足以及喷涂过程中对基体的热损伤高等缺点。与它们相比，爆炸喷涂技术是利用可燃气体爆炸产生的冲击波能量，将待喷涂的粉末加速加热，轰击到被喷涂的基体表面形成涂层，所制备涂层在层基结合力、致密性、耐磨损性能方面更具优势；同时制备过程中工件热损伤小、工件尺寸和形状不受限制以及能够喷涂的材料种类覆盖金属、陶瓷等多材料体系。但目前尚无相关文献报道爆炸喷涂技术用于镍基润滑涂层的制备。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种成本低、涂层性能良好的爆炸喷涂镍基润滑涂层的制备方法。
[0005]为解决上述问题，本专利技术所述的一种爆炸喷涂镍基润滑涂层的制备方法，包括以下步骤：
⑴
基体的预处理：采用高压喷砂工艺对金属基体或样件表面进行去氧化和粗糙化处理后，在酒精溶液中超声清洗、烘干，即得预处理的基体；
⑵
制备喷涂复合粉末：将80~95 wt. %球形NiCrAlY粉末与5~20 wt. %的润滑剂球形银粉在低能球磨机中混合均匀，即得喷涂复合粉末；
⑶
制备涂层：利用爆炸喷涂技术先将球形NiCrAlY粉末喷涂在所述预处理的基体表面，得到
NiCrAlY过渡层；继而将所述喷涂复合粉末喷涂在该NiCrAlY过渡层上，即得NiCrAlY
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Ag润滑涂层。
[0006]所述步骤
⑴
中金属基体或样件的材质为304不锈钢、GH4169镍基高温合金和TC4钛合金、Inconel 718合金中的一种。
[0007]所述步骤
⑴
中高压喷砂工艺中压缩空气的压强为0.6~0.8 MPa，所用氧化铝砂的粒径为40~100 μm。
[0008]所述步骤
⑵
中球形NiCrAlY粉末的粒径为20~60 μm，其组分为20~22 wt. % Cr、10~12 wt. % Al、1~1.5 wt. % Y和64.5~79 wt. % Ni。
[0009]所述步骤
⑵
中球形银粉的纯度为99.99 %，粒度在48 μm以下。
[0010]所述步骤
⑵
中低能球磨机的转速控制在150~200 r/min，球料比为1:2~1:5，时间为2~5 h。
[0011]所述步骤
⑶
中爆炸喷涂工艺是指燃料为乙炔和丙烷，助燃气体为氧气，载气为氮气；乙炔进口压力范围在1.35~1.45bar，进气时间4~90 ms；丙烷进口压力范围1.8 bar，进气时间4~55 ms；氧气分为两路，进气时间分别为3~70 ms和3~90 ms；燃气和氧气的填充比为42%~61%，氧碳比1.015:1~1.945:1；氮气进口压力范围在1.80~2.20bar，进气时间在95ms~250 ms；送粉时间在50~105 ms；喷涂距离（枪口至样件表面的距离）在200~250 mm；爆炸频率控制在4~5次/秒。
[0012]所述爆炸喷涂使用的前枪管为喇叭形枪管，后端内径为18mm，前端内径为27 mm。
[0013]所述步骤
⑶
中NiCrAlY过渡层的厚度在70~100 μm之间；NiCrAlY
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Ag润滑涂层的厚度为200~500 μm。
[0014]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术采用爆炸喷涂工艺进行喷涂，与等离子喷涂和超音速喷涂技术相比，爆炸喷涂为间歇性工作模式，频率控制在4~5次/秒，对基体或零部件的热损伤非常小。
[0015]2、本专利技术采用乙炔和丙烷作燃料，通过调控乙炔和丙烷的充枪比赋予喷涂粉末高的飞行速度，同时能够减少金属粉末的氧化和低温元素的烧损，得到其他喷涂方式无法比拟的高致密度涂层。
[0016]3、本专利技术设备简单，工艺可控、成本低，可以制备大尺寸、复杂零件表面涂层。
[0017]4、采用本专利技术方法制得的镍基润滑涂层成分均匀，涂层厚度在200~500 μm之间，与金属基体之间的结合强度大于40 MPa，室温至300 ℃摩擦系数低于或等于0.3，在轴类零部件表面润滑耐磨损方面具有重要的应用前景。
附图说明
[0018]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0019]图1为本专利技术实施例1所制备镍基润滑涂层横截面电镜图片。其中：a电子图；b为Fe元素分布图；c为Ni元素分布图；d为Cr元素分布图；e为Al元素分布图；f为Ag元素分布图。
[0020]图2为本专利技术实施例2所制备带镍基涂层轴承样件。
具体实施方式
[0021]一种爆炸喷涂镍基润滑涂层的制备方法，包括以下步骤：
⑴
基体的预处理：采用高压喷砂工艺对金属基体或样件表面进行去氧化和粗糙化处理，压缩空气的压强为0.6~0.8MPa，所用氧化铝砂的粒径为40~100μm。处理后，在酒精溶液中超声清洗、烘干，即得预处理的基体。
[0022]其中：金属基体或样件的材质为304不锈钢、GH4169镍基高温合金和TC4钛合金、Inconel718合金中的一种。
[0023]⑵
制备喷涂复合粉末：将80~95wt.%球形NiCrAlY粉末与5~20wt.%的润滑剂球形银粉放入低能球磨机中混合，转速控制在150~200r/min，球料比为1:2~1:5，时间为2~5h。混合均匀后，即得喷涂复合粉末。
[0024]其中：球形NiCrAlY粉末的粒径为20~60μm，其组分为20~22wt.%Cr、10~12wt.%Al、1~1.5wt.%Y和64.5~79wt.%Ni。
[0025]球形银粉的纯度为99.99%，粒度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种爆炸喷涂镍基润滑涂层的制备方法，包括以下步骤：
⑴
基体的预处理：采用高压喷砂工艺对金属基体或样件表面进行去氧化和粗糙化处理后，在酒精溶液中超声清洗、烘干，即得预处理的基体；
⑵
制备喷涂复合粉末：将80~95 wt. %球形NiCrAlY粉末与5~20 wt. %的润滑剂球形银粉在低能球磨机中混合均匀，即得喷涂复合粉末；
⑶
制备涂层：利用爆炸喷涂技术先将球形NiCrAlY粉末喷涂在所述预处理的基体表面，得到NiCrAlY过渡层；继而将所述喷涂复合粉末喷涂在该NiCrAlY过渡层上，即得NiCrAlY
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Ag润滑涂层。2.如权利要求1所述一种爆炸喷涂镍基润滑涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤
⑴
中金属基体或样件的材质为304不锈钢、GH4169镍基高温合金和TC4钛合金、Inconel 718合金中的一种。3.如权利要求1所述一种爆炸喷涂镍基润滑涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤
⑴
中高压喷砂工艺中压缩空气的压强为0.6~0.8 MPa，所用氧化铝砂的粒径为40~100 μm。4.如权利要求1所述一种爆炸喷涂镍基润滑涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤
⑵
中球形NiCrAlY粉末的粒径为20~60 μm，其组分为20~22 wt. % Cr、10~12 wt. % Al、1~1.5 wt. % Y和64.5~79 wt. % Ni。5.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨军，程军，陈文元，刘维民，陈娟娟，朱圣宇，刘江峡，谈辉，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：