一种电化学浸渗改性的减震耐磨涂层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及热喷涂技术、表面技术领域，尤其涉及一种电化学浸渗改性的减震耐磨涂层及其制备方法。为了解决热喷涂涂层的摩擦系数高、磨损率较大的问题。本发明专利技术提供一种电化学浸渗改性的减震耐磨涂层，包括热喷涂涂层、软质金属在热喷涂涂层孔隙中的电化学浸渗层和覆盖在热喷涂涂层最外面的软质金属电化学还原层。利用电化学方法向热喷涂涂层的显微孔隙中浸渗了软质金属并填充孔隙，在摩擦过程中，显微孔隙中的软质金属在摩擦热作用下能持续地扩散到涂层表面可以形成一层连续的软质金属薄膜覆盖在热喷涂涂层的表面，这种软质金属薄膜可以减少摩擦副之间的粘着，显著降低涂层的摩擦系数和磨损率，延长热喷涂涂层的使用寿命。

A shock absorption and wear-resistant coating modified by electrochemical infiltration and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种电化学浸渗改性的减震耐磨涂层及其制备方法
本专利技术涉及热喷涂技术、表面
，尤其涉及一种电化学浸渗改性的减震耐磨涂层及其制备方法。
技术介绍
机械制造和尖端技术的发展与材料的性能所达到的最大极限息息相关，但是随着材料所承受的工作应力和工作温度的不断提高，常使材料在没有达到使用极限之前就由于磨损而导致失效。在美国，1985年由于磨损造成的损失估计达200亿美元(BudinskiKG.SurfaceEngineeringforWearResistance.(RetroactiveCoverage)[J].Prentice-Hall,Inc,EnglewoodCliffs,NewJersey07632,UnitedStates,1988.420,1988.)若把磨损和腐蚀造成的损失算在一起，估计达到2000亿美元(BerneckiT.F..CeramicIndustry.1989,10:39.)。在德国，专家们估计每年由于磨损和腐蚀造成的损失大约占社会生产总值的5％(LugscheiderE.,Proc.oftheNat.ThermalSprayConf.Florida.USA.1987:105.)。据德国Vogelpohl教授预测，全世界生产能源的1/3到1/2损失在摩擦磨损上(FullerDD.Theoryandpracticeoflubricationforengineers[M].NewYork:Wiley,1956.)，英国H.P.Jost教授指出，世界消费能源的30％～40％消耗在摩擦磨损上(欧风.合理润滑技术手册[M].石油工业出版社,1993.)。因此探索减少和防止磨损、腐蚀的方法及技术具有重大的社会意义和经济效益。热喷涂涂层因其优异的耐磨性能获得了广泛的应用，一般涂层的制备技术有超音速火焰喷涂、爆炸喷涂、等离子喷涂、火焰喷涂或电弧喷涂等方法。其原理是在热源作用下使材料瞬间加热至熔融或半熔融的状态，并高速喷打在经过粗化的洁净零件表面产生塑性变形，粘附在零件表面。各熔滴之间依靠塑性变形而相互钩结，从而获得结合良好的层状涂层。但受热喷涂工艺本身特点的影响，热喷涂的涂层内部裂纹较多、结合力弱、致密性低等缺点严重影响涂层的使用性能。且耐磨涂层一般硬度高，会对对偶件产生严重的切削效应，间接地增加了磨损量。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：热喷涂涂层的摩擦系数高、磨损率较大。本专利技术提供一种电化学浸渗改性的减震耐磨涂层，其成本低廉、制备方法简单，利用电化学方法向热喷涂涂层的显微孔隙中浸渗了软质金属元素并填充孔隙，在摩擦过程中，显微孔隙中的软质金属在摩擦热作用下能持续地扩散到涂层表面，在热喷涂涂层表面形成了一层连续的软质金属薄膜，该膜能长期有效工作且减少摩擦副之间的粘着，能显著降低涂层的摩擦系数和磨损率，延长热喷涂涂层的使用寿命，为拓展热喷涂涂层的应用领域提供了一种新思路。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：本专利技术提供一种电化学浸渗改性的减震耐磨涂层，包括热喷涂涂层、软质金属在热喷涂涂层孔隙中的电化学浸渗层和覆盖在热喷涂涂层最外层的软质金属电化学还原层。具体地，所述热喷涂涂层的厚度为300μm，孔隙率为5-30％。具体地，所述的热喷涂涂层由陶瓷材料或复合材料经热喷涂喷涂而成；具体地，所述陶瓷材料或复合材料的平均粒径为15-45μm。具体地，所述的陶瓷材料为TiO2、Al2O3、Cr2O3、ZrO2、NiO、WC、TiC或Cr2C3；具体地，所述的复合材料为WC-Co、Cr2C3-NiCr、NiCr、NiCrBSi、NiAl或Al2O3-TiO2。具体地，所述的软质金属为Cu、Zn、Al、Ag、Ti或Ni。一种电化学浸渗改性的减震耐磨涂层的制备方法，按照以下步骤制备：(1)对金属基材表面进行喷砂预处理，预处理后2h内，以陶瓷材料、金属材料或复合材料为热喷涂原料对金属基材表面进行热喷涂形成热喷涂涂层；(2)将热喷涂涂层打磨并抛光至特定的粗糙度，然后将热喷涂涂层清洗干净并干燥；(3)以覆盖热喷涂涂层的金属基材为阴极，以软质金属为阳极，采用电化学方法向热喷涂涂层的显微孔隙中浸渗软质金属，使软质金属填充显微孔隙并覆盖涂层表面，所述电化学方法的反应条件如下：电化学浸渗在25℃-60℃下进行，电解液的pH＝2-7，电解质在电解液中的浓度为150-250g/L，电化学浸渗所用的电流为10-20mA/cm2，浸渗时间为8-20分钟，电化学浸渗过程采用磁力搅拌器进行搅拌，转速为100-450r/min；所述的电解液为软质金属离子的可溶性盐溶液。具体地，所述的热喷涂方法为超音速火焰喷涂、爆炸喷涂、等离子喷涂、火焰喷涂或电弧喷涂。具体地，步骤(1)中所述的热喷涂方法为等离子喷涂方法，其喷涂参数为：主气和辅气的压力分别为0.2-0.5MPa、和0.1-0.3MPa，流量分别为20-50slpm和2-6slpm；送粉气压力为0.05-0.1MPa，流量为2-4slpm，送粉速率为20-150g/min；喷涂过程中电流为450-750A，电压为50-70V，喷涂距离为100-150mm。具体地，步骤(1)中所述的热喷涂方法为超音速火焰喷涂方法，其喷涂参数为：助燃气O2、燃气丙烷和压缩空气的压力分别为1MPa、0.6MPa、0.7MPa，流量分别为240slpm、70slpm、380slpm，送粉气N2流量为15slpm，粉末输送速率为120g/min，喷涂距离为250mm。具体地，步骤(2)中所述的粗糙度为Ra＝0.3-2μm。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术所制备的涂层具有减摩和耐磨的综合优势，可在长时间保持较低的摩擦系数和磨损率，延长热喷涂涂层的使用寿命，为拓展热喷涂涂层的应用领域提供一种新思路。(2)本专利技术涂层的制备方法是本领域常规的制备方法，所需设备和工艺相对简单，易于操作，生产效率较高，且生产过程无污染，产业化前景广阔。附图说明图1：本专利技术实施例1中的WC-Co/Cu涂层和对比例1中的WC-Co涂层的表面和截面的BEI图及其对应的元素分布图：(a)为WC-Co涂层表面，(b)为WC-Co/Cu涂层表面，(c)为WC-Co/Cu涂层截面，(d)为与(c)对应的Cu元素分布图，(e)为与(c)对应的W元素分布图，(f)为与(c)对应的Co元素分布图。图2：对比例1所制备的WC-Co涂层(a)和本专利技术实施例1所制备WC-Co/Cu涂层(b)的摩擦系数随摩擦时间的变化曲线图。图3：本专利技术实施例1中的WC-Co/Cu涂层摩擦实验后表面的(a)为SEM形貌，(b)为与(a)对应的Cu元素分布图。具体实施方式现在结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。利用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对本法所制备的电化学浸渗改性的热喷涂减摩耐磨涂层进行表征。涂层的摩擦性能测试方法如下：采用UMT多功能摩擦磨本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电化学浸渗改性的减震耐磨涂层，其特征在于，包括热喷涂涂层、软质金属在热喷涂涂层孔隙中的电化学浸渗层和覆盖在热喷涂涂层最外层的软质金属电化学还原层。/n

【技术特征摘要】
1.一种电化学浸渗改性的减震耐磨涂层，其特征在于，包括热喷涂涂层、软质金属在热喷涂涂层孔隙中的电化学浸渗层和覆盖在热喷涂涂层最外层的软质金属电化学还原层。


2.根据权利要求1所述的一种电化学浸渗改性的减震耐磨涂层，其特征在于：所述热喷涂涂层的厚度为300μm，孔隙率为10-30%。


3.根据权利要求1所述的一种电化学浸渗改性的减震耐磨涂层，其特征在于：所述的热喷涂涂层由陶瓷材料或复合材料经热喷涂喷涂而成；
所述陶瓷材料或复合材料的平均粒径为15-45μm。


4.根据权利要求3所述的一种电化学浸渗改性的减震耐磨涂层，其特征在于：
所述的陶瓷材料为TiO2、Al2O3、Cr2O3、ZrO2、NiO、WC、TiC或Cr2C3；
所述的复合材料为WC-Co、Cr2C3-NiCr、NiCr、NiCrBSi、NiAl或Al2O3-TiO2。


5.根据权利要求1所述的一种电化学浸渗改性的减震耐磨涂层，其特征在于：所述的软质金属为Cu、Zn、Al、Ag、Ti或Ni。


6.一种电化学浸渗改性的减震耐磨涂层的制备方法，其特征在于，按照以下步骤制备：
（1）对金属基材表面进行喷砂预处理，预处理后2h内，以陶瓷材料或复合材料为热喷涂原料对金属基材表面进行热喷涂形成热喷涂涂层；
（2）将热喷涂涂层打磨并抛光至特定的粗糙度，然后将热喷涂涂层清洗干净并干燥；
（3）以覆盖热喷涂涂层的金属基材为阴极，以软质金属为阳极，采用电化学方法向热喷涂涂层的显微孔隙中浸渗软质金属，使软质金属填充显微孔隙并覆盖涂层表面，所述电化学方法的反应条件如下：<...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁建辉，庄红芳，
申请(专利权)人：江苏启迪合金有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32