一种制备含CaF2自润滑相铁基涂层用粉芯丝材及涂层制备方法，属于材料加工工程中的热喷涂领域，所述的粉芯成分质量百分含量如下：CaF2：15-45wt.％；铬铁粉：5-20wt.％；石墨粉：5-15wt.％；硼铁：20-75wt.％；粉芯丝材外皮所用带材为不锈钢带；所述粉芯成分占喷涂丝总重的30-35％。用电弧喷涂制备含CaF2自润滑相铁基涂层时，对基体进行喷砂预处理，喷涂工艺参数为：电压28-34V；电流160-220A；喷涂距离：150-200mm；压缩空气压力：0.4-0.6MPa。用本发明专利技术研制的粉芯丝材制备的自润滑复合涂层兼具耐磨和自润滑性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料加工工程中的热喷涂领域，涉及一种粉芯丝材及涂层的制备方法，特别涉及一种用于电弧喷涂制备含CaF2自润滑相铁基涂层的粉芯丝材及涂层的制备方法，该专利技术主要应用于固体自润滑、耐磨减摩等工业领域。
技术介绍
在工业领域中，许多零部件之间在苛刻的工况下服役，其条件已超越了润滑油或润滑脂的使用极限，因此固体润滑替代传统的液体润滑的方法已被广泛研究。固体润滑的方式大致可分为三大类固体粉末、固体润滑涂层和整体润滑材料。传统的软金属和其它固体润滑微粒粉末作为减磨覆盖层，强度低，耐磨性差，不能满足性能的综合要求，在这种情况下，固体自润滑复合材料应运而生。这种复合材料可根据工况要求方便地设计成份组成，一方面具有较高的强度和硬度，能够提高接触摩擦副的耐磨性；另一方面又具有自润滑的效果，在摩擦副之间形成固体润滑转移膜，减小摩擦副的摩擦系数和稳定摩擦功耗，实现无油或少油条件下自润滑的目的。因此具有优异综合性能的自润滑复合材料引起了润滑领域的广泛关注并迅速发展起来。自润滑涂层可以保证基体材料本身具有的优异机械性能的基础上，使基体表面形成一层具有自润滑、耐磨损等综合性能的涂层。采用现代先进热喷涂技术，如等离子喷涂、 超音速火焰喷涂等制备自润滑涂层的研究已引起广泛关注。在热喷涂技术中，主要采用等离子喷涂和超音速火焰喷涂来制备自润滑涂层，而采用电弧喷涂制备自润滑涂层在国内外还鲜有报道。电弧喷涂用粉芯丝材的成分设计更加方便，与等离子喷涂、超音速火焰喷涂用粉末相比，制备工艺简单。经检索国内外未见电弧喷涂制备自润滑涂层用粉芯丝材的专利报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于电弧喷涂制备含CaF2自润滑相铁基涂层的粉芯丝材及涂层制备方法。利用铁基非晶或纳米晶涂层具备良好的耐磨性提供耐磨骨架，CaF2性能稳定，在高温下软化而具有润滑性，并且有不擦伤对偶件的特性，该丝材经电弧喷涂在材料表面形成涂层后，涂层中包含一定含量层状分布的CaF2相，从而获得兼具耐磨性和自润滑性能的涂层。降低金属零部件在摩擦工况下的磨损率、延长服役寿命。一种用电弧喷涂制备含CaF2自润滑相铁基涂层的粉芯丝材，其特征在于，所述的粉芯成分质量百分含量范围如下=CaF2 :15-45wt. % ；铬铁粉5_20wt. % ；石墨粉 5-15wt. % ；硼铁20-75wt. % ；粉芯丝材外皮所用带材为不锈钢带；所述粉芯成分占喷涂丝总重的30-35% ο所述粉芯丝材外皮所用带材为不锈钢带，所述不锈钢带优选304L不锈钢带。优选所述粉芯丝材药芯成分质量百分含量范围为=CaF2 :30-45wt. % ；铬铁粉 10-20wt. % ；石墨粉:10-15wt. % ；硼铁:30-50wt. V0o进一步优选所述粉芯丝材药芯成分质量百分含量范围为=CaF2 :30-35wt. % ；铬铁粉:10-15wt. % ；石墨粉:10-15wt. % ；硼铁:35-45wt. % 采用本专利技术上述粉芯丝材制备一种含CaF2自润滑相铁基涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1，对基体表面进行预处理基体表面经粒度180目砂纸预磨后，利用粒度为 60目棕刚玉，气压0. 4-0. 6MPa,喷砂枪摆速度5mm/s，进行基体表面喷砂粗化；步骤2，将粉芯丝材轧制，最终获得直径为2. Omm的粉芯丝材；步骤3，采用电弧喷涂工艺制备涂层，喷涂工艺参数为电压；电流 160-220A ；喷涂距离150-200mm ；压缩空气压力0. 4-0. 6MPa。步骤3所述喷涂工艺进行优化，将喷涂工艺参数设定为电压30-32V ；电流 180-200A ；喷涂距离180mm ；压缩空气压力0. 5-0. 6MPa，制备涂层。本专利技术所述方法制备的一种含CaF2自润滑相铁基涂层所具有的耐磨性和自润滑性能是其自身组分所决定的。Fe元素在地壳中占有较高的质量分数，Fe基非晶或纳米晶合金在保持较高的性价比的同时，又具有优异的耐磨性能，非常适合于制备恶劣服役环境中使用的材料表面强化涂层；Cr元素能显著改善钢铁材料的抗氧化性能，增加抗蚀性，是广泛应用于特殊钢中的添加元素；B元素在铁基合金中加入适量的B可以降低合金的熔点利于形成细小晶粒，提高涂层硬度增加耐磨性；C元素C是原子半径较小的类金属元素，C的加入使得合金体系中元素原子半径分布更加不规律，增大了整个系统的混乱度。C元素与Crle元素具有较强的亲和力，使得体系中类金属元素的扩散迁移受到抑制，从而有效阻碍或延迟了晶化过程中Fe23 (C，8)6等晶体相的析出，提高了非晶/纳米晶体系中非晶相的形成能力。CaF2 在涂层合金体系中加入CaF2,由于其较低的熔点和剪切力，在摩擦过程中扩散到涂层与摩擦副之间可以降低摩擦系数，减少磨损。虽然涂层中的各个元素都是常规的元素，但是涂层的耐磨性和自润滑性是通过各个元素的协同作用决定的，并不是单一元素决定的，也不是仅仅通过有限次试验就可以得到的。本专利技术是提供一种电弧喷涂制备含CaF2自润滑相铁基涂层用的粉芯丝材及涂层制备方法。该粉芯丝材经电弧喷涂在材料表面形成涂层后，涂层中含有CaF2自润滑相，获得耐磨减摩涂层，用本专利技术研制的粉芯丝材制备的自润滑复合涂层兼具耐磨和自润滑性能。附图说明图1 实施例1-16与对比例涂层摩擦系数变化规律；图2 实施例1-16与对比例涂层摩擦磨损失重量变化规律；图3 实施例1-16涂层相对耐磨性变化规律；图4 实施例16涂层的X射线衍射图谱；图5 实施例16涂层的截面扫描电镜照片；图6 实施例16涂层的截面扫描电镜照片对应位置Ca元素面扫描照片。 具体实施例方式下面通过实施例进一步阐明本专利技术的实质性特点和显著优点，本专利技术决非仅局限于所陈述的实施例。各实施例中相同部分如下所述1.实施例中粉芯丝材外皮选用规格为12X0. 3mm(宽度为12mm，厚度为0. 3mm)的 304L不锈钢带，粉芯丝材药芯成分在实施例中具体说明，通过已有粉芯丝材轧制技术，将粉芯丝材经逐道拉拔减径至2. Omm ；2.基体选用 Q2I35 钢(Φ24Χ 7. 5mm、57 X 25 X 5mm)，并依照 ASTMC633-79 (1993 年重新核准)中所规定的试件尺寸所制备的拉伸试样棒经粒度为180目砂纸预磨后，采用粒度为60目棕刚玉，气体压力0. 4-0. 6MPa,喷砂枪摆速度5mm/s，进行喷砂粗化；3.喷涂工艺参数在实施例中具体说明，磨粒磨损、摩擦磨损实验用涂层每次喷涂厚度不超过50 μ m,分多次喷涂至500 μ m ；结合强度用涂层在同一实施例中，与磨粒磨损、 摩擦磨损实验涂层制备工艺参数相同，每次喷涂厚度不超过50 μ m,分多次喷涂至250 μ m。实施例1 取CaF2粉末150克、铬铁粉粉末50克、石墨粉粉末50克、硼铁粉末750克。填充率30%，轧制粉芯丝材。制备涂层所用喷涂参数电压；电流160-180A ；喷涂距离 200mm ；压缩空气压力0. 45MPa。实施例2取CaF2粉末150克、铬铁粉粉末50克、石墨粉粉末50克、硼铁粉末750克。填充率31%，轧制粉芯丝材。制备涂层所用喷涂参数电压30-32V ；电流180-200A ；喷涂距离 180mm ；压缩空气压力0. 55MPa。实施例3取Ca本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种用电弧喷涂制备含ＣａＦ２自润滑相铁基涂层的粉芯丝材，其特征在于，所述的粉芯成分及质量百分含量如下：ＣａＦ２：１５－４５ｗｔ．％，铬铁粉：５－２０ｗｔ．％，石墨粉：５－１５ｗｔ．％，硼铁：２０－７５ｗｔ．％；粉芯丝材外皮所用带材为不锈钢带；所述粉芯成分占喷涂丝总重的３０－３５％。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：贺定勇，周正，刘艳，赵秋颖，蒋建敏，崔丽，李晓延，王智慧，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11
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