專(zhuān)利名稱(chēng)：固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料、固體自潤(rùn)滑涂層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料、固體自潤(rùn)滑涂層的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著航空航天、空間技術(shù)的快速發(fā)展，用于減緩設(shè)備摩擦磨損的潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂等潤(rùn)滑材料由于在高溫下承載能力下降、潤(rùn)滑性能衰減等缺點(diǎn)，已不能滿(mǎn)足使用要求，而采用軟金屬等固體潤(rùn)滑微粒作為減摩覆蓋層雖然能夠滿(mǎn)足溫度要求，但是軟金屬存在強(qiáng)度低、 耐磨性差等缺點(diǎn)。固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料是以金屬、陶瓷或非金屬為基本單元，加入固體潤(rùn)滑劑和其他附加組分形成的復(fù)合材料，不僅具有較高的強(qiáng)度和硬度，能夠提高接觸摩擦副的耐磨性；而且具有自潤(rùn)滑性能，能夠在摩擦副之間形成固體潤(rùn)滑轉(zhuǎn)移膜，減少摩擦副的摩擦系數(shù)和穩(wěn)定摩擦功耗，實(shí)現(xiàn)在無(wú)油或少油條件下自潤(rùn)滑的目的。固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料由于具有優(yōu)異的綜合性能，能夠滿(mǎn)足苛刻工況條件下使用的要求而得到廣泛關(guān)注?，F(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)了多種固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料的基體材料，如包括聚酰亞胺、聚醚醚酮、聚四氟乙烯、尼龍、聚甲醛、聚乙烯等的聚合物基體材料；包括Cr3C2、WC-PbO等在內(nèi)的陶瓷基體材料；包括W、Mo、Ni、Cr、Co、Cu、AUFe等在內(nèi)的金屬基體材料等。其中，陶瓷材料由于具有高強(qiáng)度、高硬度、低密度、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)異的高溫力學(xué)性能和優(yōu)異的耐磨性能等成為研究熱點(diǎn)之一?，F(xiàn)有技術(shù)也公開(kāi)了多種用于制備固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料的固體潤(rùn)滑劑，包括石墨； Au.Ag.Pb等軟金屬；Mo&、W&等層狀固體；CaF2、BaF2等氟化物；尼龍、聚四氟乙烯等高分子聚合物等。其中，具有六方晶系晶體結(jié)構(gòu)，且具有層狀結(jié)構(gòu)，其層與層之間范德華力較小，因此剪切力較小，具有較低的摩擦系數(shù)，能夠起到很好的減摩作用而應(yīng)用最為廣泛。如申請(qǐng)?zhí)枮?01010254843.6的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種基于多孔泡沫金屬的嵌入式固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料，其以二硫化鉬作為固體潤(rùn)滑劑填充于多孔泡沫金屬中形成，具有優(yōu)異的潤(rùn)滑性能。但是，MoS2和僅在中低溫條件下具有優(yōu)異的潤(rùn)滑性能，其在高溫下，如 4000C時(shí)易被氧化從而失去潤(rùn)滑作用。而CaF2是一種常用的高溫固體潤(rùn)滑劑，在高于600°C 的條件下，其cF12層狀的晶體結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生脆-韌轉(zhuǎn)變而具有優(yōu)異的高溫自潤(rùn)滑性能；同時(shí)， 在400°C的條件下，不管是以表面薄膜直接使用，還是以彌散相形式存在于金屬基復(fù)合材料基體中，CaF2也具有較好的自潤(rùn)滑性能。但是，CaF2在中低溫條件下潤(rùn)滑性能較差。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料及固體自潤(rùn)滑涂層的制備方法，本發(fā)明提供的固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料具有良好的耐磨性，且在室溫到 600 °C范圍內(nèi)均具有良好的潤(rùn)滑性能。本發(fā)明提供了一種固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料，由混合物熔融制備得到，所述混合物包括
15wt % 30wt %的鎳鉻合金；40wt % 60wt % 的碳化鉻；IOwt % 20wt % 的二硫化鎢；10wt% 20wt% 的氟化鈣。優(yōu)選的，所述混合物包括20wt% 25wt%的鎳鉻合金。優(yōu)選的，所述鎳鉻合金包括60wt% 90wt%的鎳和10wt% 40wt%的鉻。優(yōu)選的，所述混合物包括45wt% 55wt%的碳化鉻。優(yōu)選的，所述混合物包括12wt % 17wt %的二硫化鎢。優(yōu)選的，所述混合物包括12wt % 18wt %的氟化鈣。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料包括15wt% 30wt%的鎳鉻合金；40wt% 碳化鉻；10wt% 20wt%的二硫化鎢；10wt% 20wt%的氟化鈣。在本發(fā)明提供的固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料中，碳化鉻具有較高的強(qiáng)度、較高的硬度、較好的熱穩(wěn)定性和優(yōu)異的耐磨性能；鎳鉻合金具有優(yōu)異的高溫耐磨性能和抗氧化性能，可作為碳化鉻的增韌相，為碳化鉻提供良好的支撐連接作用，同時(shí)，鎳鉻合金能夠增強(qiáng)碳化鉻與二硫化鎢和氟化鈣的相容性，提高得到的固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料的綜合性能；二硫化鎢和氟化鈣使得得到的固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料在室溫至600°C高溫的范圍內(nèi)均具有優(yōu)異的潤(rùn)滑性能。本發(fā)明提供的固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料不僅具有優(yōu)異的耐磨性，而且在室溫至600°C的溫度范圍內(nèi)均具有良好的潤(rùn)滑性能，實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明提供的固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料在室溫、300°C和 600°C條件下的摩擦系數(shù)和磨損率均較低。本發(fā)明還提供了一種固體自潤(rùn)滑涂層的制備方法，包括以下步驟將混合物與粘結(jié)劑混合后涂覆于基體材料表面，形成預(yù)鋪涂層，所述混合物包括15wt% 30wt%的鎳鉻合金；40wt % 60wt % 的碳化鉻；
IOwt % 20wt % 的二硫化鎢；IOwt % 20wt % 的氟化鈣；在惰性氣體保護(hù)下，采用激光束輻照所述預(yù)鋪涂層，得到固體自潤(rùn)滑涂層。優(yōu)選的，所述激光束的功率密度為IkW 1. 5kff,所述激光束的掃描速度為2mm/s 10mm/so本發(fā)明還提供了一種固體自潤(rùn)滑涂層的制備方法，包括以下步驟采用激光束輻照基體材料表面，形成熔池；在惰性氣體保護(hù)下，將混合物置于所述熔池內(nèi)，繼續(xù)輻照后得到固體自潤(rùn)滑涂層， 所述混合物包括15wt % 30wt %的鎳鉻合金；40wt % 60wt % 的碳化鉻；IOwt % 20wt % 的二硫化鎢；10wt% 20wt% 的氟化鈣。優(yōu)選的，所述激光束的功率密度為IkW 1. 5kff,所述激光束的掃描速度為2mm/s 10mm/so
本發(fā)明通過(guò)激光熔覆的方法在基體材料上形成固體自潤(rùn)滑涂層，可以首先將上述技術(shù)方案所述的固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料涂覆在基體材料上，通過(guò)激光熔覆形成涂層；也可以首先通過(guò)激光束在基體材料上輻照形成熔池，再將上述技術(shù)方案所述的固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料送入所述熔池內(nèi)繼續(xù)輻照后形成涂層。本發(fā)明提供的固體自潤(rùn)滑涂層與基體材料的孔隙率較低，界面結(jié)合強(qiáng)度好。另外，本發(fā)明制備得到的固體自潤(rùn)滑涂層不僅具有優(yōu)異的耐磨性，而且在室溫至600°C的溫度范圍內(nèi)均具有良好的潤(rùn)滑性能，能夠滿(mǎn)足苛刻工況條件下的使用要求。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例5提供的摩擦系數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果；圖2為本發(fā)明實(shí)施例5提供的磨損率實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料，由混合物熔融制備得到，所述混合物包括15wt % 30wt %的鎳鉻合金；40wt % 60wt % 的碳化鉻；IOwt % 20wt % 的二硫化鎢；10wt% 20wt% 的氟化鈣。在所述固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料中，碳化鉻為陶瓷材料，具有較高的硬度、較高的強(qiáng)度、較高的熔點(diǎn)和較好的熱穩(wěn)定性，常用作耐磨材料的增強(qiáng)相，具有優(yōu)異的耐磨性能，能夠發(fā)揮抗磨作用。在本發(fā)明中，所述碳化鉻的含量為40wt % 60wt %，優(yōu)選為45wt % 55wt %，更優(yōu)選為48wt % 53wt %。所述碳化鉻的粒度優(yōu)選為30 μ m 45 μ m，更優(yōu)選為 35 μ m 40 μ m。在所述固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料中，鎳鉻合金具有優(yōu)異的高溫耐磨性和抗氧化性能， 可以用作復(fù)合材料的增韌相，為復(fù)合材料提供良好的支撐連接作用，防止復(fù)合材料發(fā)生斷裂等現(xiàn)象。在本發(fā)明中，所述鎳鉻合金能夠增強(qiáng)碳化鉻與二硫化鎢和氟化鈣的相容性，使二硫化鎢和氟化鈣均勻分散于所述碳化鉻中，提高得到的固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料的綜合性能。 在本發(fā)明中，所述鎳鉻合金優(yōu)選包括60wt% 90wt%的鎳和IOwt % 40wt%的鉻，更優(yōu)選包括65wt % 85wt %的鎳和15wt % !35wt %的鉻，最優(yōu)選為包括75wt % 82wt %的鎳和18wt% 25wt%的鉻。在所述固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料中，所述鎳鉻合金的含量為15wt% 30wt%，優(yōu)選為20wt% 25wt%，更優(yōu)選為21wt% 23wt%。所述鎳鉻合金的粒度優(yōu)選為 30 μ m ~ 45 μ m, ^135 μ m 40 μ m。在所述固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料中，所述二硫化鎢和氟化鈣為固體潤(rùn)滑劑，提高固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料的潤(rùn)滑性能。在本發(fā)明中，所述二硫化鎢的含量為10襯％ 20襯％，優(yōu)選為12wt % 18wt %。所述二硫化鎢的粒度優(yōu)選為1 μ m 2 μ m，更優(yōu)選為1. 2 μ m 1. 8 μ m。 在本發(fā)明中，所述氟化鈣的含量為10wt% 20wt%，優(yōu)選為12wt% 18wt%。所述氟化鈣的粒度優(yōu)選為10 μ m 25 μ m，更優(yōu)選為15 μ m 20 μ m。在本發(fā)明中，所述二硫化鎢在中低溫下具有良好的潤(rùn)滑性能，所述氟化鈣在高溫下具有良好的潤(rùn)滑性能，將二硫化鎢和氟化鈣同時(shí)添加到所述固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料中能夠賦予復(fù)合材料在較寬溫度內(nèi)，如從室溫到600°C內(nèi)均具有良好的潤(rùn)滑性能。另外，部分二硫化鎢和氟化鈣能夠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成新的潤(rùn)滑相硫酸鈣，從而提高固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料的潤(rùn)滑性能，使其更適于在復(fù)雜、苛刻工況條件下使用。本發(fā)明對(duì)所述固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料的制備方法沒(méi)有特殊限制，優(yōu)選為按照以下方法制備將碳化鉻、鎳鉻合金、二硫化鎢和氟化鈣機(jī)械球磨混合后烘干，熔融后即可得到固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料。本發(fā)明對(duì)所述熔融的方法沒(méi)有特殊限制，可以為激光熔覆、等離子噴涂、粉末冶金等方法使所述混合物熔融的同時(shí)在基體上形成涂層。在本發(fā)明中，所述碳化鉻賦予復(fù)合材料良好的耐磨性；二硫化鎢和氟化鈣賦予復(fù)合材料在較寬溫度范圍內(nèi)具有良好的潤(rùn)滑性；鎳鉻合金能夠增加碳化鉻與二硫化鎢和氟化鈣之間的相容性，從而使得復(fù)合材料具有良好的綜合性能。本發(fā)明提供的固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料不僅具有優(yōu)異的耐磨性，而且在室溫至600°C的溫度范圍內(nèi)均具有良好的潤(rùn)滑性能，實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明提供的固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料在室溫、300°C和600°C條件下的摩擦系數(shù)和磨損率均較低。得到固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料后，將其復(fù)合在基體材料上形成涂層即可發(fā)揮潤(rùn)滑作用。本發(fā)明還提供了一種固體自潤(rùn)滑涂層的制備方法，包括以下步驟將混合物與粘結(jié)劑混合后涂覆于基體材料表面，形成預(yù)鋪涂層，所述混合物包括15wt % 30wt %的鎳鉻合金；40wt % 60wt % 的碳化鉻；IOwt % 20wt % 的二硫化鎢；IOwt % 20wt % 的氟化鈣；在惰性氣體保護(hù)下，采用激光束輻照所述預(yù)鋪涂層，得到固體自潤(rùn)滑涂層。本發(fā)明首先將鎳鉻合金、碳化鉻、二硫化鎢和氟化鈣混合均勻并烘干后得到混合物。本發(fā)明對(duì)所述混合方法沒(méi)有特殊限制，優(yōu)選為機(jī)械球磨法混合。得到混合物后，將所述混合物與粘結(jié)劑混合后涂覆于基體材料表面，形成預(yù)鋪涂層。在本發(fā)明中，所述粘結(jié)劑的作用在于將所述混合物粘結(jié)在所述基體材料上，本發(fā)明對(duì)所述粘結(jié)劑的種類(lèi)沒(méi)有特殊限制，優(yōu)選為甲基纖維素。在本發(fā)明中，所述基體材料為制備工件的材料，如奧氏體不銹鋼、45號(hào)鋼或鑄鐵等材料。首先將粘結(jié)劑溶于有機(jī)溶劑中，所述有機(jī)溶劑包括但不限于醚類(lèi)溶劑、醇類(lèi)溶劑等，優(yōu)選為乙醚。然后向粘結(jié)劑溶液中加入所述混合物，攪拌成糊狀后，將其涂覆于所述基體材料表面，烘干后得到預(yù)鋪涂層。本發(fā)明對(duì)所述涂覆的方法沒(méi)有特殊限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的刮涂方式即可。本發(fā)明對(duì)所述烘干的方法沒(méi)有特殊限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法即可。
得到預(yù)鋪涂層后，在惰性氣體保護(hù)下，采用激光束輻照所述預(yù)鋪涂層，得到固體自潤(rùn)滑涂層。在本發(fā)明中，所述激光束優(yōu)選為二氧化碳?xì)怏w激光束，所述激光束的功率密度優(yōu)選為IkW 1. 5kff,更優(yōu)選為1. Ikff 1. 4kff ；所述激光束的長(zhǎng)度優(yōu)選為3mm 8mm，更優(yōu)選為4mm 6mm ；所述激光束的寬度優(yōu)選為Imm 5mm，更優(yōu)選為2mm 3mm ；所述激光束的掃描速度優(yōu)選為2mm/s lOmm/s，更優(yōu)選為3mm/s 7mm/s。在本發(fā)明中，可以根據(jù)涂層所需面積大小，采用單道激光掃描或者多道搭接激光掃描的方式進(jìn)行輻射，采用多道搭接激光掃描的方式進(jìn)行輻射時(shí)，其搭接率優(yōu)選為40% 60%，更優(yōu)選為50%。為了避免所述固體自潤(rùn)滑涂層發(fā)生氧化，本發(fā)明在惰性氣體保護(hù)下采用激光束對(duì)所述預(yù)鋪涂層進(jìn)行輻射處理，所述惰性氣體優(yōu)選為氮?dú)狻Ｔ诓捎眉す馐鴮?duì)所述混合物進(jìn)行輻射處理的過(guò)程中，所述混合物熔融后形成致密的涂層，其中，部分二硫化鎢和氟化鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而提高固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料的潤(rùn)滑性能，使其更適于在復(fù)雜、苛刻工況條件下使用。采用激光束輻射處理完畢后，即可得到固體自潤(rùn)滑涂層。本發(fā)明還提供了一種固體自潤(rùn)滑涂層的制備方法，包括以下步驟采用激光束輻照基體材料表面，形成熔池；在惰性氣體保護(hù)下，將混合物置于所述熔池內(nèi)，繼續(xù)輻照后得到固體自潤(rùn)滑涂層， 所述混合物包括15wt % 30wt %的鎳鉻合金；40wt % 60wt % 的碳化鉻；IOwt % 20wt % 的二硫化鎢；10wt% 20wt% 的氟化鈣。首先采用激光束輻照所述基體材料表面形成熔池。在本發(fā)明中，在本發(fā)明中，所述基體材料為制備工件的材料，如奧氏體不銹鋼、45號(hào)鋼或鑄鐵等材料。所述激光束優(yōu)選為二氧化碳?xì)怏w激光束，所述激光束的功率密度優(yōu)選為IkW 1.5kW，更優(yōu)選為1. IkW 1. 4kff ；所述激光束的長(zhǎng)度優(yōu)選為3mm 8mm，更優(yōu)選為4mm 6mm ；所述激光束的寬度優(yōu)選為Imm 5mm，更優(yōu)選為2mm 3mm ；所述激光束的掃描速度優(yōu)選為2mm/s lOmm/s，更優(yōu)選為3mm/s 7mm/s。在本發(fā)明中，可以根據(jù)涂層所需面積大小，采用單道激光掃描或者多道搭接激光掃描的方式進(jìn)行輻射，采用多道搭接激光掃描的方式進(jìn)行輻射時(shí)，其搭接率優(yōu)選為40% 60%，更優(yōu)選為50%。形成熔池后，在惰性氣體保護(hù)下將所述混合物送入熔池中，繼續(xù)輻照后得到固體自潤(rùn)滑層，將鎳鉻合金、碳化鉻、二硫化鎢和氟化鈣混合均勻并烘干后得到混合物。本發(fā)明對(duì)所述混合方法沒(méi)有特殊限制，優(yōu)選為機(jī)械球磨法混合。為了避免所述混合物和熔池發(fā)生氧化，本發(fā)明在惰性氣體保護(hù)下將所述混合物送入所述熔池，所述惰性氣體優(yōu)選為氮?dú)?。本發(fā)明對(duì)所述送入的速度沒(méi)有特殊限制，優(yōu)選為 20g/s 30g/s，更優(yōu)選為22g/s 28g/s，最優(yōu)選為24g/s 26g/s。將所述混合物送入所述熔池后，繼續(xù)采用激光束進(jìn)行輻照處理后，得到固體自潤(rùn)滑層。在該處理過(guò)程中，所述激光束的功率密度優(yōu)選為IkW 1. 5kW，更優(yōu)選為1. IkW 1. 4kff ；所述激光束的長(zhǎng)度優(yōu)選為3mm 8mm，更優(yōu)選為4mm 6mm ；所述激光束的寬度優(yōu)選為Imm 5mm，更優(yōu)選為2mm 3mm ；所述激光束的掃描速度優(yōu)選為2mm/s 10mm/S，更優(yōu)選為3mm/s 7mm/s。在本發(fā)明中，可以根據(jù)涂層所需面積大小，采用單道激光掃描或者多道搭接激光掃描的方式進(jìn)行輻射，采用多道搭接激光掃描的方式進(jìn)行輻射時(shí)，其搭接率優(yōu)選為40% 60%，更優(yōu)選為50%。得到固體自潤(rùn)滑涂層后，分別在室溫、300°C、60(TC條件下對(duì)所述涂層進(jìn)行摩擦、 磨損性能測(cè)試，其中，磨損試驗(yàn)參數(shù)分別為載荷500g；磨損時(shí)間30min；磨損半徑2mm ；磨損線(xiàn)速度16.88mm/min ；對(duì)磨件氮化硅陶瓷球，半徑3mm，硬度16GPa。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與奧氏體不銹鋼體積、未添加固體潤(rùn)滑劑的MCr/Cr3C2涂層相比比，本發(fā)明提供的固體自潤(rùn)滑涂層的摩擦系數(shù)較小，磨損率較低。本發(fā)明通過(guò)激光熔覆的方法在基體材料上形成固體自潤(rùn)滑涂層，可以首先將上述技術(shù)方案所述的固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料涂覆在基體材料上，通過(guò)激光熔覆形成涂層；也可以首先通過(guò)激光束在基體材料上輻照形成熔池，再將上述技術(shù)方案所述的固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料送入所述熔池內(nèi)繼續(xù)輻照后形成涂層。本發(fā)明提供的固體自潤(rùn)滑涂層與基體材料的孔隙率較低，界面結(jié)合強(qiáng)度好。另外，本發(fā)明制備得到的固體自潤(rùn)滑涂層不僅具有優(yōu)異的耐磨性，而且在室溫至600°C的溫度范圍內(nèi)均具有良好的潤(rùn)滑性能，能夠滿(mǎn)足苛刻工況條件下的使用要求。為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料及固體自潤(rùn)滑涂層的制備方法進(jìn)行詳細(xì)描述。以下各實(shí)施例中，鎳鉻合金中鎳含量為80wt%，鉻含量為20wt%。實(shí)施例1將21g粒度為30 μ m 45 μ m的鎳鉻合金、49g粒度為30 μ m 45 μ m的碳化鉻、 15g粒度為1 μ m 2 μ m的二硫化鎢和15g粒度為10 μ m 25 μ m的氟化鈣采用機(jī)械球磨法混合并烘干后，得到混合物；將甲基纖維素溶解于乙醚中，加入所述混合物調(diào)成糊狀，將得到的糊狀物涂覆在奧氏體不銹鋼基體表面，烘干后得到預(yù)鋪涂層；在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，采用功率密度為1. 2kff的激光束多道搭接激光掃描輻照所述預(yù)鋪涂層，得到固體自潤(rùn)滑涂層；其中，所述激光束為二氧化碳?xì)怏w激光束，大小為長(zhǎng)6mm、寬 3mm，掃描速度為4mm ；所述多道搭接的搭接率為50%。實(shí)施例2將18g粒度為30 μ m 45 μ m的鎳鉻合金、55g粒度為30 μ m 45 μ m的碳化鉻、 13g粒度為1 μ m 2 μ m的二硫化鎢和14g粒度為10 μ m 25 μ m的氟化鈣采用機(jī)械球磨法混合并烘干后，得到混合物；在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，采用功率密度為1. 2kff的激光束輻照l(shuí)Crl8Ni9Ti不銹鋼基體材料并形成熔池，然后采用氮?dú)馔剿头鄣姆绞綄⑺龌旌衔锼腿胨鋈鄢?，同時(shí)采用氮?dú)獗Ｗo(hù)熔池避免熔池氧化；其中，所述激光束為二氧化碳?xì)怏w激光束，大小為長(zhǎng)6mm、寬3mm，掃描速度為4mm ；送入速度為25g/min ；繼續(xù)采用功率密度為1. 2kff的激光束多道搭接激光掃描輻照所述固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料，形成固體自潤(rùn)滑涂層，其中，所述激光束為二氧化碳?xì)怏w激光束，大小為長(zhǎng)6mm、寬 3mm，掃描速度為4mm ；所述多道搭接的搭接率為50%。實(shí)施例3將28g粒度為30 μ m 45 μ m的鎳鉻合金、45g粒度為30 μ m 45 μ m的碳化鉻、 14g粒度為1 μ m 2 μ m的二硫化鎢和13g粒度為10 μ m 25 μ m的氟化鈣采用機(jī)械球磨法混合并烘干后，得到混合物；在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，采用功率密度為1. 5kff的激光束輻照l(shuí)Crl8Ni9Ti不銹鋼基體材料并形成熔池，然后采用氮?dú)馔剿头鄣姆绞綄⑺龌旌衔锼腿胨鋈鄢?，同時(shí)采用氮?dú)獗Ｗo(hù)熔池避免熔池氧化；其中，所述激光束為二氧化碳?xì)怏w激光束，大小為長(zhǎng)6mm、寬3mm，掃描速度為6mm ；送入速度為25g/min ；繼續(xù)采用功率密度為1. 5kff的激光束多道搭接激光掃描輻照所述固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料，形成固體自潤(rùn)滑涂層，其中，所述激光束為二氧化碳?xì)怏w激光束，大小為長(zhǎng)6mm、寬 3mm，掃描速度為4mm ；所述多道搭接的搭接率為50%。實(shí)施例4將25g粒度為30 μ m 45 μ m的鎳鉻合金、48g粒度為30 μ m 45 μ m的碳化鉻、 12g粒度為1 μ m 2 μ m的二硫化鎢和15g粒度為10 μ m 25 μ m的氟化鈣采用機(jī)械球磨法混合并烘干后，得到混合物；將甲基纖維素溶解于乙醚中，加入所述混合物調(diào)成糊狀，將得到的糊狀物涂覆在奧氏體不銹鋼基體表面，烘干后得到預(yù)鋪涂層；在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，采用功率密度為1. 5kff的激光束多道搭接激光掃描輻照所述預(yù)鋪涂層，得到固體自潤(rùn)滑涂層；其中，所述激光束為二氧化碳?xì)怏w激光束，大小為長(zhǎng)6mm、寬 3mm，掃描速度為6mm ；所述多道搭接的搭接率為50%。比較例1將21g粒度為30 μ m 45 μ m的鎳鉻合金和49g粒度為30 μ m 45 μ m的碳化鉻采用機(jī)械球磨法混合并烘干后，得到混合物；將甲基纖維素溶解于乙醚中，加入所述混合物調(diào)成糊狀，將得到的糊狀物涂覆在奧氏體不銹鋼基體表面，烘干后得到預(yù)鋪涂層；在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，采用功率密度為1. 2kff的激光束多道搭接激光掃描輻照所述預(yù)鋪涂層，得到涂層；其中，所述激光束為二氧化碳?xì)怏w激光束，大小為長(zhǎng)6mm、寬3mm，掃描速度為4mm ；所述多道搭接的搭接率為50%。實(shí)施例5分別在室溫、300°C和600°C下對(duì)奧氏體不銹鋼、實(shí)施例1提供的固體自潤(rùn)滑涂層、 比較例1提供的涂層進(jìn)行摩擦磨損行為實(shí)驗(yàn)，其中，磨損試驗(yàn)參數(shù)分別為載荷500g；磨損時(shí)間30min;磨損半徑2mm;磨損線(xiàn)速度16.88mm/min ；
對(duì)磨件氮化硅陶瓷球，半徑3mm，硬度16GPa。實(shí)驗(yàn)結(jié)果參見(jiàn)圖1和圖2，圖1為本發(fā)明實(shí)施例5提供的摩擦系數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，圖2 為本發(fā)明實(shí)施例5提供的磨損率實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由圖1可知，無(wú)論是在室溫、300°C或600°C溫度下，本發(fā)明提供的固體自潤(rùn)滑涂層的摩擦系數(shù)均小于不銹鋼和未添加固體潤(rùn)滑劑的復(fù)合材料涂層的摩擦系數(shù)，表明本發(fā)明提供的固體自潤(rùn)滑涂層在室溫至600°C范圍內(nèi)具有優(yōu)異的潤(rùn)滑性能和減摩作用；由圖2可知，無(wú)論是在室溫、300°C或600°C溫度下，本發(fā)明提供的固體自潤(rùn)滑涂層的磨損率均小于不銹鋼的磨損率；在室溫、300°C或600°C下，本發(fā)明提供的固體自潤(rùn)滑涂層的磨損率與未添加固體潤(rùn)滑劑的復(fù)合材料涂層的磨損率相當(dāng)，且在300°C 時(shí)本發(fā)明提供的固體自潤(rùn)滑涂層的磨損率略低于未添加固體潤(rùn)滑劑的復(fù)合材料涂層的磨損率。由圖1和圖2可知，本發(fā)明提供的固體自潤(rùn)滑涂層在室溫至600°C范圍內(nèi)均具有良好的潤(rùn)滑性能減摩性能和耐磨性能。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料，由混合物熔融制備得到，所述混合物包括 15wt% 30wt%的鎳鉻合金；40wt% 碳化鉻；IOwt % 20wt%的二硫化鎢； IOwt % 20wt%的氟化鈣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料，其特征在于，所述混合物包括 20wt % 25wt %的鎳鉻合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料，其特征在于，所述鎳鉻合金包括 60wt% 90wt%的鎳和IOwt % 40wt%的鉻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料，其特征在于，所述混合物包括 45wt% 55wt%的碳化鉻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料，其特征在于，所述混合物包括 12wt% 17wt%的二硫化鎢。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料，其特征在于，所述混合物包括 12wt% 18wt%的氟化鈣。
7.—種固體自潤(rùn)滑涂層的制備方法，包括以下步驟將混合物與粘結(jié)劑混合后涂覆于基體材料表面，形成預(yù)鋪涂層，所述混合物包括15wt% 30wt%的鎳鉻合金；40wt% 碳化鉻；IOwt % 20wt%的二硫化鎢；IOwt % 氟化鈣；在惰性氣體保護(hù)下，采用激光束輻照所述預(yù)鋪涂層，得到固體自潤(rùn)滑涂層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述激光束的功率密度為IkW 1. 5kW，所述激光束的掃描速度為2mm/s 10mm/S。
9.一種固體自潤(rùn)滑涂層的制備方法，包括以下步驟 采用激光束輻照基體材料表面，形成熔池；在惰性氣體保護(hù)下，將混合物置于所述熔池內(nèi)，繼續(xù)輻照后得到固體自潤(rùn)滑涂層，所述混合物包括15wt% 30wt%的鎳鉻合金； 40wt% 碳化鉻；IOwt % 20wt%的二硫化鎢； IOwt % 20wt%的氟化鈣。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于，所述激光束的功率密度為IkW 1. 5kW，所述激光束的掃描速度為2mm/s lOmm/s。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料，包括15wt％～30wt％的鎳鉻合金；40wt％～60wt％的碳化鉻；10wt％～20wt％的二硫化鎢；10wt％～20wt％的氟化鈣。本發(fā)明還提供了一種固體自潤(rùn)滑涂層的制備方法。本發(fā)明通過(guò)激光熔覆的方法在基體材料上形成固體自潤(rùn)滑涂層，可以首先將固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料涂覆在基體材料上，通過(guò)激光熔覆形成涂層；也可以首先通過(guò)激光束在基體材料上輻照形成熔池，再將固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料送入所述熔池內(nèi)繼續(xù)輻照后形成涂層，制備得到的固體自潤(rùn)滑涂層不僅具有優(yōu)異的耐磨性，而且在室溫至600℃的溫度范圍內(nèi)均具有良好的潤(rùn)滑性能，能夠滿(mǎn)足苛刻工況條件下的使用要求。
文檔編號(hào)C23C24/10GK102363853SQ20111032688
公開(kāi)日2012年2月29日 申請(qǐng)日期2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月25日
發(fā)明者何祥明, 傅戈雁, 劉秀波, 楊茂盛, 王明娣, 石世宏, 鄭晨, 陳正 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)