專利名稱：一種復(fù)合硫化物固體潤(rùn)滑膜層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬材料表面處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種復(fù)合硫化物固體潤(rùn)滑膜層及其制備方法。
背景技術(shù)：
為了提高零部件的減摩耐磨性能及使用壽命，通常的方法是增加表面硬度和添加潤(rùn)滑油，然而這些措施并不總是可行的。一方面，工件表面硬度的增加會(huì)使對(duì)偶件的磨損加?。涣硪环矫娓哂捕葧?huì)引起韌性下降，不利于抵抗疲勞磨損。而且在高溫、高壓、真空等特殊情況下，潤(rùn)滑油不能發(fā)揮作用。采用固體潤(rùn)滑是克服以上不足的一種有效方法。固體潤(rùn)滑是指利用固體粉末、涂層或復(fù)合材料等代替潤(rùn)滑油(脂)來(lái)隔離相互接 觸的摩擦面，依靠固體潤(rùn)滑劑材料本身或其轉(zhuǎn)移膜的低剪切特性，以達(dá)到減少運(yùn)動(dòng)副間的摩擦和磨損的目的。固體潤(rùn)滑所用的固體粉末、涂層或復(fù)合材料統(tǒng)稱為固體潤(rùn)滑劑。常用的固體潤(rùn)滑劑有層狀結(jié)構(gòu)的晶體(石墨、FeS、WS2、MoS2)，質(zhì)地較軟的金屬(Ag、Pb、Sn、In)，金屬氧化物、氟化物、磷酸鹽等。激光熔覆指以不同的添加方法在被熔覆的基體上放置選擇的涂層材料，經(jīng)高能密度激光束照射加熱，使之和基體表面熔化，并快速凝固，從而在基材表面形成與基體為冶金結(jié)合的表面涂層的工藝過(guò)程。激光熔覆采用大功率激光束掃描金屬表面，將選定的材料熔化到金屬表面，形成具有硬度高、耐磨性好、抗腐蝕等特性的涂覆層。Ni基合金具有較高的硬度與耐磨性，可顯著改善材料的性能，在提高零件性能上已獲得了廣泛的應(yīng)用FeS、MoS2, WS2等硫化物屬密排六方結(jié)構(gòu)，其變形抗力小，易沿密排面滑移，塑性流變能力強(qiáng)，可以作為固體潤(rùn)滑劑使用。硫化物潤(rùn)滑膜層可由多種方法制備，如熱噴涂、低溫離子滲硫、低溫電解滲硫等，不同工藝方法形成的硫化物層的結(jié)構(gòu)和摩擦學(xué)性能也有較大的不同。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的FeS潤(rùn)滑涂層多為直接在鋼鐵基體上或者在鐵的涂層上進(jìn)行滲硫得到，而這種工藝加工出來(lái)的固體潤(rùn)滑涂層的潤(rùn)滑性能已經(jīng)不能滿足一些特殊工況的要求，因此，固體潤(rùn)滑涂層的制備方法有待于創(chuàng)新拓展。本發(fā)明根據(jù)摩擦理論，理想的摩擦表面應(yīng)當(dāng)是最表層軟，具有良好的潤(rùn)滑性能，而亞表層硬并能形成與基體的良好過(guò)渡，給最表層以有效的支撐并不發(fā)生層狀剝落。Ni基激光熔覆金屬陶瓷涂層可以與基體形成冶金結(jié)合，其中鎳基合金保證熔覆層的強(qiáng)度和耐蝕性，金屬陶瓷相可以提高熔覆層的硬度，可以為滲硫?qū)犹峁┮粋€(gè)較硬并穩(wěn)固的基體。激光熔覆快熱快冷的特點(diǎn)使得金屬陶瓷涂層組織細(xì)密、晶體缺陷多，對(duì)硫元素的吸附和擴(kuò)散有促進(jìn)的作用。熔覆層中富含F(xiàn)e、W、Mo元素，通過(guò)滲硫處理，可以在其表面合成含有FeS、WS2和MoS2的復(fù)合硫化物固體潤(rùn)滑膜層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種具有良好減摩耐磨性能的復(fù)合硫化物固體潤(rùn)滑膜層，本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述固體潤(rùn)滑膜層的制備方法，采用的技術(shù)方案是一種復(fù)合硫化物固體潤(rùn)滑膜層，其特征在于所述復(fù)合硫化物固體潤(rùn)滑膜層包括首先對(duì)基體進(jìn)行激光熔覆所得的激光熔覆層和滲 硫處理所得的滲硫?qū)?。本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容還有所述的激光熔覆層為富含F(xiàn)e、W、Mo元素的Ni基金屬陶
瓷熔覆層。本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容還有所述的滲硫?qū)訛楹蠪eS、WS2&MoS2的復(fù)合硫化物膜層。本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容還有所述的基體為金屬材料。本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容還有所述的金屬材料為鋼鐵材料。本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容還有(I)對(duì)所述基體進(jìn)行激光熔覆處理，得到激光熔覆層；(2)在所述激光熔覆層上進(jìn)行表面處理；(3)對(duì)表面處理過(guò)的激光熔覆層進(jìn)行滲硫處理得到滲流層。本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容還有所述的步驟(I)中激光熔覆處理用粉末包括Ni、Fe、Cr、Mo、WC，化學(xué)成分以重量百分比計(jì)WC為10% 35%，F(xiàn)e為5% 20%，Cr為5% 15%，Mo為2% 10%，其余為Ni60。本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容還有所述的步驟(2)中表面處理包括精磨、機(jī)械拋光及超聲波清洗，非滲硫面要進(jìn)行覆蓋、屏蔽處理。本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容還有所述的步驟(3)中滲硫處理為離子滲硫、液體滲硫、氣體滲硫或固體滲硫。本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容還有所述離子滲硫是將激光熔覆后的基體接陰極，爐壁接陽(yáng)極，當(dāng)真空度達(dá)到ITrro時(shí)，在陽(yáng)極和陰極之間加高壓直流電，滲硫溫度為170°C 300°C，含硫氣體為H2S,電壓為500V 900V，滲硫時(shí)間為Ih 3h。本發(fā)明復(fù)合硫化物固體潤(rùn)滑膜層具有良好的減摩潤(rùn)滑性能，可以用于較高載荷的干摩擦及有水或油潤(rùn)滑條件下的摩擦副。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果I、本發(fā)明為激光熔覆Ni基金屬陶瓷涂層經(jīng)滲硫后其上形成的復(fù)合硫化物固體潤(rùn)滑膜層，且二者之間沒(méi)有明顯界限，因此其結(jié)構(gòu)緊密，與熔覆層結(jié)合能力強(qiáng)。2,Ni基金屬陶瓷激光熔覆層可以實(shí)現(xiàn)與基體的冶金結(jié)合，其中鎳基合金保證熔覆層的強(qiáng)度和耐蝕性，陶瓷相可以提高熔覆層的硬度，金屬陶瓷可以為滲硫?qū)犹峁┮粋€(gè)較硬并穩(wěn)固的基體。金屬陶瓷涂層組織細(xì)密、晶體缺陷多，對(duì)硫元素的吸附和擴(kuò)散有促進(jìn)的作用。3、熔覆層中富含F(xiàn)e、W、Mo等元素，滲硫后得到含有FeS、WS2及MoS2等硫化物的復(fù)合硫化物固體潤(rùn)滑膜層，其摩擦系數(shù)和磨痕深度都較小，并且其結(jié)構(gòu)緊密，具有良好的耐磨、耐蝕及減摩潤(rùn)滑的性能。


圖I為復(fù)合硫化物固體潤(rùn)滑膜層的制備流程圖。圖2為激光熔覆后低溫離子滲硫處理得到的復(fù)合硫化物固體潤(rùn)滑膜層的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。(a)表示基體，(b)表示激光熔覆層，(C)表示復(fù)合硫化物固體潤(rùn)滑膜層。圖3為低溫離子滲硫前后的摩擦系數(shù)隨時(shí)間變化的曲線。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施工藝步驟如下I.自制富含F(xiàn)e、W、Mo的Ni基金屬陶瓷粉末，烘干后在45號(hào)鋼基體表面預(yù)置
I.5mm 2. 5mm厚的粉末，然后進(jìn)行激光熔覆處理，具體工藝參數(shù)為5kW橫流CO2激光加工系統(tǒng)，功率為3400W 3600W，掃描速度為180mm/min 200mm/min。2.對(duì)激光熔覆層進(jìn)行表面處理，包括精磨、機(jī)械拋光及超聲波清洗，非滲硫面要進(jìn)行覆蓋、屏蔽等處理。3.對(duì)激光熔覆層進(jìn)行低溫離子滲硫處理，其是將激光熔覆后的基體接陰極，爐壁接陽(yáng)極，當(dāng)真空度達(dá)到ITrro時(shí)，在陽(yáng)極和陰極之間加高壓直流電。滲硫溫度為170°C 220°C，含硫氣體為H2S氣體，電壓在500V 600V，滲硫時(shí)間為90min。 經(jīng)過(guò)以上工藝后，獲得富含F(xiàn)e、W、Mo元素的Ni基金屬陶瓷熔覆層，其厚度為0. 8mm I. 5mm。滲硫后得到含有FeS、WS2及MoS2的復(fù)合硫化物膜，其厚度為0. OOlmm
0.Olmm0比較金屬陶瓷熔覆層滲流前后干摩擦條件下的摩擦學(xué)性能。測(cè)試結(jié)果如圖3所示為金屬陶瓷熔覆層和復(fù)合硫化物固體潤(rùn)滑膜層在干摩擦條件下摩擦系數(shù)隨時(shí)間變化曲線。從圖3可以看出，復(fù)合硫化物固體潤(rùn)滑膜層的摩擦系數(shù)初始值很小，然后隨時(shí)間逐漸增大，最終趨于穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)U=O. 65。并且在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，復(fù)合硫化物固體潤(rùn)滑膜層的摩擦系數(shù)始終低于金屬陶瓷熔覆層。當(dāng)然，上述說(shuō)明并非對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明也不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合硫化物固體潤(rùn)滑膜層，其特征在于所述復(fù)合硫化物固體潤(rùn)滑膜層包括首先對(duì)基體進(jìn)行激光熔覆所得的激光熔覆層和滲硫處理所得的滲硫?qū)印?br> 2.按照權(quán)利要求I所述的復(fù)合硫化物固體潤(rùn)滑膜層，其特征在于所述的激光熔覆層為富含F(xiàn)e、W、Mo元素的Ni基金屬陶瓷熔覆層。
3.按照權(quán)利要求I所述的復(fù)合硫化物固體潤(rùn)滑膜層，其特征在于所述的滲硫?qū)訛楹蠪eS、WS2及MoS2的復(fù)合硫化物膜層。
4.按照權(quán)利要求I所述的復(fù)合硫化物固體潤(rùn)滑膜層，其特征在于所述的基體為金屬材料。
5.按照權(quán)利要求4所述的復(fù)合硫化物固體潤(rùn)滑膜層，其特征在于所述的金屬材料為鋼鐵材料。
6.按照權(quán)利要求I所述的復(fù)合硫化物固體潤(rùn)滑膜層的制備方法，其特征在于所述制備方法的步驟包括 (1)對(duì)所述基體進(jìn)行激光熔覆處理，得到激光熔覆層； (2)在所述激光熔覆層上進(jìn)行表面處理； (3)對(duì)表面處理過(guò)的激光熔覆層進(jìn)行滲硫處理得到滲流層。
7.按照權(quán)利要求5所述的復(fù)合硫化物固體潤(rùn)滑膜層的制備方法，其特征在于所述的步驟(I)中激光熔覆處理用粉末包括Ni、Fe、Cr、Mo、WC，化學(xué)成分以重量百分比計(jì)WC為10% 35% ,Fe 為 5% 20% ,Cr 為 5% 15% ,Mo 為 2% 10%，其余為 Ni60。
8.按照權(quán)利要求5所述的復(fù)合硫化物固體潤(rùn)滑膜層的制備方法，其特征在于所述的步驟(2)中表面處理包括精磨、機(jī)械拋光及超聲波清洗，非滲硫面要進(jìn)行覆蓋、屏蔽處理。
9.按照權(quán)利要求5所述的復(fù)合硫化物固體潤(rùn)滑膜層的制備方法，其特征在于所述的步驟(3)中滲硫處理為離子滲硫、液體滲硫、氣體滲硫或固體滲硫。
10.按照權(quán)利要求9所述的復(fù)合硫化物固體潤(rùn)滑膜層的制備方法，其特征在于所述離子滲硫是將激光熔覆后的金屬基體接陰極，爐壁接陽(yáng)極，當(dāng)真空度達(dá)到ITrro時(shí)，在陽(yáng)極和陰極之間加高壓直流電，滲硫溫度為170°C 300°C，含硫氣體為H2S,電壓為500V 900V，滲硫時(shí)間為Ih 3h。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種復(fù)合硫化物固體潤(rùn)滑膜層及其制備方法，采用的技術(shù)方案是一種復(fù)合硫化物固體潤(rùn)滑膜層，其特征在于所述復(fù)合硫化物固體潤(rùn)滑膜層包括首先對(duì)基體進(jìn)行激光熔覆所得的激光熔覆層和滲硫處理所得的滲硫?qū)?。有益效果在于本發(fā)明為激光熔覆Ni基金屬陶瓷涂層經(jīng)滲硫后其上形成的復(fù)合硫化物固體潤(rùn)滑膜層，且二者之間沒(méi)有明顯界限，因此其結(jié)構(gòu)緊密，與熔覆層結(jié)合能力強(qiáng)；Ni基金屬陶瓷激光熔覆層可以實(shí)現(xiàn)與基體的冶金結(jié)合；熔覆層中富含F(xiàn)e、W、Mo元素，滲硫后得到含有FeS、WS2及MoS2復(fù)合硫化物固體潤(rùn)滑膜層，其摩擦系數(shù)和磨痕深度都較小，并且其結(jié)構(gòu)緊密，具有良好的耐磨、耐蝕及減摩潤(rùn)滑的性能。
文檔編號(hào)C23C8/08GK102732880SQ201110150730
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2011年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月6日
發(fā)明者萬(wàn)盛, 孫建波, 李美艷, 王勇, 薛敏鵬, 趙衛(wèi)民, 韓彬, 韓濤 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東)