專利名稱：一種減摩耐磨涂料組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于摩擦構(gòu)件表面自潤滑涂層的涂料組合物，特別是一種具有低摩擦系數(shù)、高耐磨性能的減摩耐磨涂料組合物。
背景技術(shù)：
許多大型機(jī)械設(shè)備，例如制式鋼質(zhì)橋梁平推式架設(shè)機(jī)構(gòu)的滾輪與導(dǎo)軌、銷齒輪副， 履帶式車輛行駛機(jī)構(gòu)的履帶與支撐輪、導(dǎo)向輪、驅(qū)動輪，挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的齒圈與齒輪， 球磨機(jī)的傳動機(jī)構(gòu)、起重機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、冶金工業(yè)加熱爐用臺車拖曳機(jī)構(gòu)等金屬摩擦副構(gòu)件，其施工現(xiàn)場往往粉塵彌漫，設(shè)備包含的摩擦構(gòu)件需暴露在惡劣環(huán)境中，在高接觸應(yīng)力、 干摩擦工況條件下工作，無法利用液體潤滑油或潤滑油脂，使得摩擦副的摩擦系數(shù)很大，導(dǎo)致嚴(yán)重的摩擦能耗和摩擦構(gòu)件的快速磨損，從而降低了摩擦副的傳動效率和使用壽命，乃至影響了整機(jī)的使用壽命和安全可靠性。為此，近年來，研究人員旨在開發(fā)能在摩擦構(gòu)件工作面上形成自潤滑涂層的涂料，用以改善高接觸應(yīng)力、干摩擦、暴露于粉塵彌漫的惡劣工作環(huán)境中作業(yè)的摩擦構(gòu)件的摩擦性能。目前已有一些研究成果，例如，申請?zhí)朇N00113623. 2 的專利公開了一種成分比為Co WC= 15 25% 85 75%的鈷/碳化鎢粉耐磨復(fù)合涂層，采用等離子噴涂方法制備，該涂層可提高鋼表面的耐磨性，但這種耐磨涂層摩擦系數(shù)較高。申請?zhí)朇N200510050611.8的專利公開了一種自潤滑多層復(fù)合涂層及其制備方法(Μ0& 粉末、純S粉和金屬M(fèi)o片為基本原料，采用磁控濺射和多弧離子鍍反復(fù)交叉濺射沉積金屬 Mo層與IF-MO&層而制成。)，其制造方法工藝設(shè)備復(fù)雜昂貴，其自潤滑涂層對摩擦副環(huán)境要求高，且在高接觸應(yīng)力條件下失效快，難以滿足苛刻環(huán)境條件下減摩耐磨的要求。即這些涂層不能同時達(dá)到高耐磨損性能和低摩擦系數(shù)這兩個要求。此外，采用激光熔覆技術(shù)制備復(fù)合材料表面涂層的研究也有相關(guān)報道，但是激光熔覆技術(shù)成本較高，且需要密閉容器，而密閉容器容積有限，無法對一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜或體積較大的構(gòu)件進(jìn)行處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種減摩耐磨涂料組合物，其可采用熱噴涂方式熔敷在摩擦構(gòu)件表面，形成具有高減摩、高耐磨性能的自潤滑涂層，不但大幅度降低摩擦系數(shù)，并顯著提高其耐磨損性能，從而解決在粉塵彌漫環(huán)境中工作的高接觸應(yīng)力、干摩擦條件下作業(yè)的機(jī)械摩擦構(gòu)件的摩擦磨損問題。本發(fā)明涂料組合物是由碳化鈦粉末、鎳包氟化鈣粉末、鎳包石墨粉末、氧化釔粉末和鎳基合金粉末組成的粉狀混合物，各組分按以下重量份配比
碳化鈦粉末23 25，
鎳包氟化鈣粉末 13 15， 鎳包石墨粉末 8 10， 氧化釔粉末1，
鎳基合金粉末50 55 ；所述鎳基合金中各元素的質(zhì)量組成為 C 0.8、Cr 15. 5、Si 4、B 3. 5, Fe 15 和 Ni 61.2。所述碳化鈦粉末粒度為2 μ m 4 μ m。所述鎳包氟化鈣粉末粒度為75 μ m 1 μ m。所述鎳包石墨粉末粒度為75 μ m 128 μ m。所述氧化釔粉末粒度為15 μ m 45 μ m。所述鎳基合金粉末粒度55 μ m 128 μ m。摩擦構(gòu)件自潤滑涂層，由上述減摩耐磨涂料組合物采用等離子噴涂熔敷于摩擦構(gòu)件的摩擦副表面而成。在用減摩耐磨涂料組合物進(jìn)行等離子噴涂之前，先用金剛砂對鋼質(zhì)摩擦構(gòu)件的摩擦副表面進(jìn)行噴砂處理，噴砂后表面粗糙度Ra=3. 5 μ m 4. 5 μ m。所述自潤滑涂層厚度為350 μ m 450 μ m。本涂料組合物采用鎳包覆的復(fù)相固體潤滑粉末與碳化鈦粉末、稀土氧化釔粉末和鎳基合金粉末混合制成復(fù)配粉末材料，利用等離子噴涂技術(shù)將其熔敷于摩擦構(gòu)件表面，在摩擦副表面形成自潤滑涂層，涂層的高減摩擦系數(shù)低，耐磨性能高，適用于某些必須暴露在惡劣環(huán)境中作業(yè)的機(jī)械設(shè)備的摩擦構(gòu)件，特別是無法用潤滑油或潤滑油脂實施潤滑的干摩擦高接觸應(yīng)力條件下工作的金屬摩擦副構(gòu)件，解決了在這些苛刻摩擦條件下工作的摩擦構(gòu)件，的減摩和耐磨問題，從而提高摩擦構(gòu)件的使用壽命，降低其在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的摩擦能耗， 達(dá)到節(jié)能降耗的目的。本涂料組合物可直接在摩擦構(gòu)件的制造過程中使用，也可以摩擦構(gòu)件的修復(fù)過程中使用，從而大幅度降低摩擦系數(shù)和提高摩擦副構(gòu)件的耐磨損性能，降低其在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的摩擦能耗，顯著提高摩擦副的傳動效率和使用壽命，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。


圖1是本涂料組合物涂層與基體的界面結(jié)構(gòu)鏡檢(SEM照片)圖。圖2是摩擦系數(shù)試驗曲線3是磨損失重試驗曲線圖
圖4是對摩偶件(GCrl5)的磨損失重曲線圖。
具體實施例方式實施例1減摩耐磨涂料組合物的制備材料的準(zhǔn)備
(1)碳化鈦(TiC)粉末，粒度2 μ m 4 μ m，市售，株洲江鎢博大硬面材料有限公司生產(chǎn)。 TiC含量99. 52%，余量為游離C、0、N、Fe、Al，Na等雜質(zhì)。(2)鎳包氟化鈣(CaF2-Ni)粉末北京圣博高泰光學(xué)科技有限公司生產(chǎn)，由粒度為35 μ m 37 μ m的CaF2用羥基鎳分解法進(jìn)行鎳包覆處理，產(chǎn)品鎳包氟化鈣粉末粒度為 75 μ m 128 μ m。(3)鎳包石墨(石墨-Ni)粉末市售，上海一帆石墨有限公司生產(chǎn)，由粒度為 3 μ m 5 μ m的石墨粉用羥基鎳分解法進(jìn)行鎳包覆處理，產(chǎn)品鎳包石墨粉末粒度75 μ m 128 μ m0
(4)氧化釔( )粉末粒度15μπι 45μπι，市售，江西贛州嘉通新材料有限公司生產(chǎn)。(5)鎳基合金粉末粒度55μπι Ι^μπι，市售，上海司太立公司生產(chǎn)，化學(xué)組成 (wt %)為=C 0. 8，Cr 15. 5，Si 4，B 3. 5，F(xiàn)e 15，Ni 61. 2。稱取上述粉末分別為碳化鈦240克，鎳包氟化鈣140克，鎳包石墨90克，氧化釔 10克，鎳基合金520克，充分混勻，得涂料組合物。除上述重量配比外，各組分在本發(fā)明限定的配比范圍內(nèi)均可配制成有效的涂料組合物，在此不一一舉例。實施例2涂層的形成
采用等離子噴涂技術(shù)將上述涂料組合物熔敷在鋼質(zhì)摩擦構(gòu)件表面上，工藝過程如下 (1)先用金剛砂對45#鋼(或其它碳鋼)摩擦構(gòu)件表面進(jìn)行噴砂處理，噴砂后表面粗糙度 Ra=3. 5 μ m 4. 5 μ m。(2)采用DH1080型等離子噴涂設(shè)備對摩擦構(gòu)件表面噴涂實施例1的涂料組合物，工藝參數(shù)電流600A，電壓30V，噴涂距離100mm，噴嘴的移動速度0. 01m/s,噴涂厚度為 350 μ m ~ 450 μ m。(3)通過磨削加工，將摩擦構(gòu)件噴涂層表面加工至所需精度。對涂層進(jìn)行微觀組織分析，如圖1，涂層組織致密，與基體結(jié)合牢固，涂層的顯微硬度達(dá)HV600. 6。圖中白亮區(qū)域為鎳基合金，黑色區(qū)域多為石墨。實施例3涂層的性能試驗
試驗以GCr 15鋼球為對摩偶件，在HT-500型球-盤式摩擦磨損試驗機(jī)上分別對實施例 2的涂層、45#鋼、WeldOX960高強(qiáng)度合金結(jié)構(gòu)鋼進(jìn)行摩擦。試驗條件為室溫(25°C)，空氣相對濕度為RH60%，干摩擦，滑動速度為0. lm/s，依次以 6N、8N、10N、12N (對應(yīng)的接觸應(yīng)力分別為 12. 7MPa, 38. 2MPa，63. 7MPa, 127. 4MPa)的載荷進(jìn)行試驗，摩擦磨損試驗結(jié)果如圖2 圖4所示。三者摩擦系數(shù)隨載荷的變化曲線如圖2，本發(fā)明涂料組合物涂層的摩擦系數(shù)在 0. 085 0. 14范圍內(nèi)，45#鋼的摩擦系數(shù)在0. 32 0. 38之間，瑞典進(jìn)口 weldox960高強(qiáng)度合金結(jié)構(gòu)鋼摩擦系數(shù)在0. 26 0. 37之間。可見，本發(fā)明的復(fù)合涂層摩擦系數(shù)比瑞典進(jìn)口 weldox960高強(qiáng)度合金結(jié)構(gòu)鋼降低了 48% 76%，比45鋼降低了 60% 73% ；
三者磨損失重隨載荷的變化曲線如圖3，本發(fā)明涂料組合物涂層的磨損失重在 0. 3mg 1. 5mg范圍內(nèi)，45#鋼的磨損失重在2. Img 14. 9mg之間，瑞典進(jìn)口 weldox960高強(qiáng)度合金結(jié)構(gòu)鋼磨損失重在3. 2mg 8. Img之間。本發(fā)明復(fù)合涂層的耐磨損性能是45#鋼的3. 5 16. 8倍，是瑞典進(jìn)口 weldoX960高強(qiáng)度合金結(jié)構(gòu)鋼的5. 3 14. 6倍。此外，對摩偶件分別與三者對摩時，GCrl5鋼球的磨損失重隨載荷的變化曲線如圖4 對摩偶件與本發(fā)明涂料組合物涂層對摩時，GCr 15鋼球的磨損失重在0. 0075mg 0. 033%ig范圍內(nèi)，對摩偶件與45#鋼對摩時，GCrl5鋼球的磨損失重在0. 223%ig 0. 3876mg 之間，對摩偶件與瑞典進(jìn)口 weldoX960高強(qiáng)度合金結(jié)構(gòu)鋼對摩時，GCr 15鋼球的磨損失重在0. 0097mg 0. 0532mg之間?？梢姡c本發(fā)明復(fù)合涂層對摩時，偶件(GCrl5)的磨損率最小，分別是與45#鋼對摩時的m 12%，與瑞典進(jìn)口 weldOX960高強(qiáng)度合金結(jié)構(gòu)鋼對摩時的 63% 87%。
本實施例表明，本發(fā)明的復(fù)合涂層的減摩和耐磨性能均很優(yōu)異，并且其對與之相配的偶件材料的磨損也很小。
權(quán)利要求
1.一種減摩耐磨涂料組合物，其特征是是由碳化鈦粉末、鎳包氟化鈣粉末、鎳包石墨粉末、氧化釔粉末和鎳基合金粉末組成的粉狀混合物，各組分按以下重量份配比碳化鈦粉末23 25，鎳包氟化鈣粉末 13 15，鎳包石墨粉末 8 10，氧化釔粉末1，鎳基合金粉末50 55 ；所述鎳基合金中各元素的質(zhì)量組成為C 0.8、Cr 15. 5、Si 4、B 3. 5, Fe 15 和 Ni 61.2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減摩耐磨涂料組合物，其特征是所述碳化鈦粉末粒度為 2 μ m 4 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的減摩耐磨涂料組合物，其特征是所述鎳包氟化鈣粉末粒度為 75 μ m 128 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的減摩耐磨涂料組合物，其特征是所述鎳包石墨粉末粒度為 75 μ m 128 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的減摩耐磨涂料組合物，其特征是所述氧化釔粉末粒度為 15 μ m 45 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的減摩耐磨涂料組合物，其特征是所述鎳基合金粉末粒度 55 μ m 128 μ m。
7.—種摩擦構(gòu)件自潤滑涂層，其特征是由權(quán)利要求廣6任一種減摩耐磨涂料組合物采用等離子噴涂熔敷于摩擦構(gòu)件的摩擦副表面而成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的摩擦構(gòu)件自潤滑涂層，其特征是在用減摩耐磨涂料組合物進(jìn)行等離子噴涂之前，先用金剛砂對鋼質(zhì)摩擦構(gòu)件的摩擦副表面進(jìn)行噴砂處理，噴砂后表面粗糙度 Ra=3. 5 μ m 4. 5 μ m。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的摩擦構(gòu)件自潤滑涂層，其特征是所述自潤滑涂層厚度為 350 μ m ~ 450 μ m。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種減摩耐磨涂料組合物，由碳化鈦粉末、鎳包氟化鈣粉末、鎳包石墨粉末、氧化釔粉末和鎳基合金粉末組成的粉狀混合物，各組分重量配比依次為23～25、13～15、8～10、1、50～55，其中的鎳基合金中各元素的質(zhì)量組成為C0.8、Cr15.5、Si4、B3.5、Fe15和Ni61.2。該減摩耐磨涂料組合物可通過等離子噴涂方式熔敷于構(gòu)件的摩擦副表面形成自潤滑涂層，可大幅度降低摩擦系數(shù)，提高構(gòu)件摩擦副的耐磨損性能，解決了暴露在惡劣環(huán)境中作業(yè)的干摩擦高接觸應(yīng)力機(jī)械設(shè)備的減摩、耐磨問題，降低了機(jī)械的摩擦能耗。
文檔編號C09D1/00GK102382491SQ201110283470
公開日2012年3月21日 申請日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者嚴(yán)駿, 何龍, 周春華, 徐婷, 王小龍, 蔡濱, 譚業(yè)發(fā), 譚華, 郝勝強(qiáng) 申請人:中國人民解放軍理工大學(xué)工程兵工程學(xué)院