一种耐磨损材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种耐磨损材料及其制备方法，属于金属表面处理技术领域。本发明专利技术中的纳米Fe2O3颗粒涂层可以提高软金属涂层与钢基体之间的结合力进而提高软金属涂层的微动磨损疲劳寿命；微动磨损时，纳米Fe2O3颗粒涂层中的纳米Fe2O3颗粒通过滚动降低耐磨损材料的微动磨损，同时，纳米Fe2O3颗粒涂层和软金属涂层共同起到润滑作用，显著降低耐磨损材料的微动磨损。并且本发明专利技术通过控制纳米Fe2O3颗粒涂层的厚度与孔隙率，使其在施加正应力的磨损过程中，软金属涂层中的软金属被挤压进入纳米Fe2O3颗粒涂层的间隙，实现对纳米Fe2O3颗粒的包裹粘结，保护纳米Fe2O3颗粒涂层不易剥落，提高磨损材料的微动疲劳寿命。高磨损材料的微动疲劳寿命。高磨损材料的微动疲劳寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种耐磨损材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于金属表面处理
，具体涉及一种耐磨损材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]磨损是机械零件的主要失效形式之一。机械行业、航空航天器、核反应堆、交通运输工具等领域的紧密配合部件中的微动磨损会使构件产生材料损失和尺寸上的变化，甚至加速裂纹的萌生与扩展，从而使构件的疲劳寿命大大降低。
[0003]为了消除或减缓微动磨损，材料表面改性是主要的研究方向。其中，单纯的硬质相膜层，由于其硬度高、韧性差，在微动磨损过程中容易产生脱落，严重降低了该膜层的使用寿命。软涂层技术中的镀银、镀钼、镀铜、镀铝以及多层软涂层，在低载荷、短期具有较好的延寿效果，但是存在涂层与基体的结合力不够，当载荷较大、要求长时间服役条件下，使用寿命仍较短。特别是镀银层在长期服役条件下，易于产生银脆，反而加速微动失效。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种耐磨损材料及其制备方法，本专利技术的耐磨损材料具有良好的耐微动磨损性能，且微动磨损疲劳寿命高。
[0005]本专利技术提供了一种耐磨损材料，包括钢基体、负载在所述钢基体表面的纳米Fe2O3颗粒涂层和覆盖在所述纳米Fe2O3颗粒涂层表面的软金属涂层；所述纳米Fe2O3颗粒涂层的厚度为0.1～1μm，孔隙率为5～15％。
[0006]优选的，所述纳米Fe2O3颗粒的粒径为5～70nm。
[0007]优选的，所述软金属涂层的厚度为2～6μm。
[0008]优选的，所述软金属涂层中的软金属包括Ag、Mo、Cu和Al中的一种。
[0009]本专利技术还提供了上述方案所述耐磨损材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010]对钢基体进行滑动摩擦加工，发生氧化反应，形成纳米Fe2O3颗粒涂层；所述滑动摩擦加工的正压力为20～150N，单位时间内的加工面积为1～5mm2/min；
[0011]利用磁控溅射将软金属沉积在所述纳米Fe2O3颗粒涂层表面，形成软金属涂层，得到所述耐磨损材料。
[0012]优选的，所述滑动摩擦加工用的加工头硬度为2000～3000HV，所述钢基体的硬度为HRC30～HRC50。
[0013]优选的，所述钢基体的粗糙度为0.2～1.2μm。
[0014]优选的，所述钢基体的组织包括回火马氏体、回火屈氏体、回火索氏体、贝氏体和珠光体中的一种或多种。
[0015]优选的，所述磁控溅射包括依次进行中频磁控溅射和直流磁控溅射。
[0016]优选的，所述中频磁控溅射和直流磁控溅射的舱内压强独立地为0.4～0.5Pa，偏压为
‑
100V，电流独立地为12～15A，气体环境为N2；所述中频磁控溅射的时间为20～30min，所述直流磁控溅射的时间为90～150min。
[0017]本专利技术提供了一种耐磨损材料，包括钢基体、负载在所述钢基体表面的纳米Fe2O3颗粒涂层和覆盖在所述纳米Fe2O3颗粒涂层表面的软金属涂层；所述纳米Fe2O3颗粒涂层的厚度为0.1～1μm，孔隙率为5～15％。本专利技术以纳米Fe2O3颗粒涂层作为中间层可以提高软金属涂层与钢基体之间的结合力进而提高软金属涂层的微动磨损疲劳寿命；在微动磨损时，纳米Fe2O3颗粒涂层中的纳米Fe2O3颗粒可以通过滚动降低耐磨损材料的微动磨损，同时，纳米Fe2O3和软金属涂层在微动磨损过程中还会共同起到润滑作用，显著降低耐磨损材料的微动磨损。并且本专利技术通过控制纳米Fe2O3颗粒涂层的厚度与孔隙率，使其在施加正应力的磨损过程中，软金属涂层中的软金属被挤压进入纳米Fe2O3颗粒涂层的间隙，实现对纳米Fe2O3颗粒的包裹粘结，保护高脆性的纳米Fe2O3颗粒涂层不易剥落，进而提高磨损材料的微动疲劳寿命。实施例结果表明，本专利技术的纳米Fe2O3颗粒涂层可以防止银层中银在微动挤压过程进入基体，避免银脆现象的产生。
附图说明
[0018]图1为实施例1所用的摩擦微加工工艺示意图；
[0019]图2为实施例1的纳米Fe2O3颗粒涂层在20μm倍率下的SEM图；
[0020]图3为实施例1的纳米Fe2O3颗粒涂层在50nm倍率下的SEM图；
[0021]图4为S1～S3的摩擦系数对比图；
[0022]图5为S1～S3的磨损率对比图；
[0023]图6为磨损后的S3在500μm倍率下的SEM分析图；
[0024]图7为磨损后的S3在2μm倍率下的SEM分析图；
[0025]图8为磨损后的S3的EDS能谱图。
具体实施方式
[0026]本专利技术提供了一种耐磨损材料，包括钢基体、负载在所述钢基体表面的纳米Fe2O3颗粒涂层和覆盖在所述纳米Fe2O3颗粒涂层表面的软金属涂层；所述纳米Fe2O3颗粒涂层的厚度为0.1～1μm，孔隙率为5～15％。
[0027]在本专利技术中，所述纳米Fe2O3颗粒的粒径优选为5～70nm，更优选为20～50nm，进一步优选为30～40nm。在本专利技术中，所述软金属涂层的厚度优选为2～6μm，更优选为3～5μm。在本专利技术中，所述软金属涂层中的软金属优选包括Ag、Mo、Cu和Al中的一种。
[0028]本专利技术以纳米Fe2O3颗粒涂层作为中间层可以提高软金属涂层与钢基体之间的结合力进而提高软金属涂层的微动磨损疲劳寿命；在微动磨损时，纳米Fe2O3颗粒涂层中的纳米Fe2O3颗粒可以通过滚动降低耐磨损材料的微动磨损，同时，纳米Fe2O3和软金属涂层在微动磨损过程中还会共同起到润滑作用，显著降低耐磨损材料的微动磨损。并且本专利技术通过控制纳米Fe2O3颗粒涂层的厚度与孔隙率，使其在施加正应力的磨损过程中，软金属涂层中的软金属被挤压进入纳米Fe2O3颗粒涂层的间隙，实现对纳米Fe2O3颗粒的包裹粘结，保护高脆性的纳米Fe2O3颗粒涂层不易剥落，进而提高磨损材料的微动疲劳寿命。
[0029]本专利技术还提供了上述方案所述耐磨损材料的制备方法，包括以下步骤：
[0030]对钢基体进行滑动摩擦加工，发生氧化反应，形成纳米Fe2O3颗粒涂层；所述往复滑动滑动摩擦加工的正压力为20～150N，单位时间内的加工面积为1～5mm2；
[0031]利用磁控溅射将软金属沉积在所述纳米Fe2O3颗粒涂层表面，形成软金属涂层，得到耐磨损材料。
[0032]本专利技术对钢基体进行滑动摩擦加工，发生氧化反应，形成纳米Fe2O3颗粒涂层。在本专利技术中，所述滑动摩擦加工用的加工头硬度优选为2000～3000HV，更优选为2500～2800HV。本专利技术对所述加工头的材质没有特殊要求，能够满足硬度在上述范围即可，具体的可以选择硬质合金类加工头。在本专利技术中，所述钢基体的硬度优选为HRC30～HRC50，更优选为HRC40～HRC45。在本专利技术中，所述钢基体优选包括低碳钢、中碳钢、高碳钢或合金钢，所述合金钢优选为40CrNiMo；所述钢基体的组织优选包括回火马氏体、回火屈氏体、回火索氏体、贝氏体和珠光体中的一种或多种。在本专利技术中，所述钢基体的粗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐磨损材料，其特征在于，包括钢基体、负载在所述钢基体表面的纳米Fe2O3颗粒涂层和覆盖在所述纳米Fe2O3颗粒涂层表面的软金属涂层；所述纳米Fe2O3颗粒涂层的厚度为0.1～1μm，孔隙率为5～15％。2.根据权利要求1所述的耐磨损材料，其特征在于，所述纳米Fe2O3颗粒的粒径为5～70nm。3.根据权利要求1所述的耐磨损材料，其特征在于，所述软金属涂层的厚度为2～6μm。4.根据权利要求1或3所述的耐磨损材料，其特征在于，所述软金属涂层中的软金属包括Ag、Mo、Cu和Al中的一种。5.权利要求1～4任一项所述耐磨损材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：对钢基体进行滑动摩擦加工，发生氧化反应，形成纳米Fe2O3颗粒涂层；所述滑动摩擦加工的正压力为20～150N，单位时间内的加工面积为1～5mm2/min；利用磁控溅射将软金属沉积在所述纳米Fe2O3颗粒涂层表面，形成软金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁益龙，尚希昌，陈宝来，吴玉忠，尹存宏，李伟，黄鑫，
申请(专利权)人：中国航发贵州红林航空动力控制科技有限公司，
类型：发明
国别省市：