高硬度耐磨自润滑涂层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及高硬度耐磨自润滑涂层及其制备方法，将马氏体不锈钢合金的表面除去氧化皮及杂质，清洗后待用；将镍铬合金70％～85％、碳化铬5％～20％、二硫化钨2％～5％、银3％～5％按配比混合配制成合金粉末，干燥后置于激光熔覆设备中，然后放置所述马氏体不锈钢合金进行预热，预热到设定温度后通入保护气体进行激光熔覆，在所述马氏体不锈钢合金表面制得激光熔覆层，冷却至室温；将表面获得所述激光熔覆层的马氏体不锈钢合金进行时效热处理，最后在所述马氏体不锈钢合金表面制得高硬度耐磨自润滑涂层。本发明专利技术方法制得的涂层具有极低的摩擦系数以及较高的表面硬度。系数以及较高的表面硬度。系数以及较高的表面硬度。

【技术实现步骤摘要】
高硬度耐磨自润滑涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及材料表面改性
，具体涉及高硬度耐磨自润滑涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]15
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5PH或17
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4PH属于马氏体沉淀硬化不锈钢，其主要应用领域为航空航天、飞机零件、部件制造高压阀门等腐蚀环境、槽、紧固件、设备和装备。虽经热处理条件可获得各种性能，但是该类合金仍存在着硬度低、摩擦系数高且不稳定、耐磨性差以及严重的粘着磨损和微动磨损敏感性等固有缺点，限制了其作为摩擦磨损运动副零部件的应用和其优异力学性能潜力的发挥。
[0003]当前激光熔覆处理技术的发展已日益受到人们重视，如用激光熔覆的材料表面改性可以提高部件的表面硬度、耐磨性或耐腐蚀性，改善表面机械加工性能，还能修复因磨损而失效的零件，延长其使用寿命；因此，通过激光熔覆的表面改性技术制备涂层改善材料摩擦学行为是极其有效的手段，激光熔覆技术在表面处理领域具有良好的发展前景。
[0004]现有技术中关于主要添加二硫化钼作为润滑剂耐磨自润滑激光熔覆涂层虽然涂层的磨损率得到大幅下降，但是摩擦系数仍然较高，导致与涂层接触磨损的摩擦配副部件的磨损率提高了2
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4倍，从而使得整体结构的磨损率表现的差强人意，且涂层在工作过程中需要承受高载荷冲击和冲刷，因此对涂层与基体的结合强度和耐冲击韧性要求更高。此外采用激光熔覆表面处理技术已经在钛合金、镍基合金等基材已经被广泛应用，而在马氏体沉淀硬化不锈钢上的采用激光熔覆镍基涂层仍是难点。这是由于镍基涂层具有较高的裂纹敏感性，涂层中的热裂纹源沿粗大硬质相晶界开裂，甚至可能导致基材热影响区域附近组织开裂。所以采用激光熔覆涂层来提高马氏体沉淀硬化不锈钢磨损性能鲜有相关报道和应用。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术的涂层自润滑性能不佳、摩擦系数仍然较高的技术问题，而提供高硬度耐磨自润滑涂层及其制备方法。本专利技术方法的涂层是在镍铬合金母相中添加碳化铬金属陶瓷耐磨相、第一润滑相二硫化钨以及第二润滑相银粉，通过激光熔覆工艺制得具有极低的摩擦系数的涂层。
[0006]为了达到以上目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0007]高硬度耐磨自润滑涂层，包括如下质量百分数的原材料：镍铬合金70％～85％、碳化铬5％～20％、二硫化钨2％～5％、银3％～5％。
[0008]进一步地，所述原材料的粉末粒度均为30μm～200μm。粒径太细小于30μm容易被激光烧蚀，而太粗大于200μm后较难熔化并将会进一步形成粗大颗粒缺陷，因此该粒径范围为激光熔覆最佳的粉末粒度。
[0009]本专利技术提供上述高硬度耐磨自润滑涂层的制备方法，包括如下步骤：
[0010](1)将马氏体不锈钢合金的表面除去氧化皮及杂质，清洗后待用；
[0011](2)将镍铬合金、碳化铬、二硫化钨以及银按配比混合配制成合金粉末，干燥后置于激光熔覆设备中，然后放置所述马氏体不锈钢合金进行预热，预热到设定温度后通入保护气体进行激光熔覆，在所述马氏体不锈钢合金表面制得激光熔覆层，冷却至室温；
[0012](3)将表面获得所述激光熔覆层的马氏体不锈钢合金进行时效热处理，最后在所述马氏体不锈钢合金表面制得高硬度耐磨自润滑涂层。
[0013]进一步地，除去氧化皮及杂质的方法是采用砂纸或磨光机打磨至表面粗糙度小于0.8。
[0014]进一步地，所述合金粉末的干燥时间为8h～10h。
[0015]进一步地，所述激光熔覆设备对于所述合金粉末的送粉量设置为10g/min～60g/min。
[0016]进一步地，所述预热的速度为10℃/min～100℃/min，所述预热的温度为200℃～480℃。
[0017]进一步地，所述保护气为Ar或N2，N2流速为8L/h～20L/h，Ar流速为10L/h～25L/h。
[0018]进一步地，所述激光熔覆的工艺参数为：采用圆形光斑激光束对所述马氏体不锈钢合金表面待涂覆的区域进行辐射扫描熔覆，同时所述合金粉末直接被送入激光束流中，设定激光功率为0.6KW～2KW、光斑直径为3mm～5mm、送粉直径1.5mm～6mm、扫描速度为2mm/s～15mm/s。通过严格控制激光束能量及送粉量，调节激光熔覆层对马氏体不锈钢合金基材的稀释作用，以形成致密均匀且性能优良的激光熔覆层，然后通过低温时效热处理，消除残余应力，获得稳定均匀的涂层组织，使获得的涂层具有高硬度耐磨自润滑的特性。
[0019]进一步地，所述时效热处理的温度为150℃～550℃、保温时间1h～5h。
[0020]有益技术效果：本专利技术方法是在马氏体不锈钢合金表面进行的表面改性，通过在其表面进行激光熔覆得到激光熔覆层后再进行时效热处理后制得高硬度耐磨自润滑涂层。本专利技术的涂层是镍铬合金母相中添加碳化铬作为金属陶瓷耐磨相、添加二硫化钨以及银作为润滑相，同时银又作为增强相，通过激光熔覆工艺均匀固溶分布在以镍铬合金为母相的粘接相中，银作为增强相及润滑相能够有效提高以镍铬合金为母相的涂层的表面硬度以及与基体材料的耐磨性，减少微裂纹的产生，可有效减少涂层开裂倾向，这是由于一方面Ag通过固溶强化γ
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Ni基体相提高镍铬合金其支撑硬质相的能力，另一方面Ag减小碳化物的高宽比，降低碳化物的脆裂性，增加了涂层韧性，此外，原位生成的细小二硫化钼颗粒在摩擦过程中不易脱落，更好地抵御磨粒对基体材料的磨削作用；通过涂层成分以及工艺改进，形成协同效应，极大降低了涂层的摩擦系数，提高了涂层的耐磨性和使用寿命，同时也扩大了本专利技术涂层在沉淀硬化型不锈钢等基材上的使用范围，使本专利技术方法制得的涂层比传统固体润滑剂颗粒具有更低的摩擦系数以及良好稳定的自润滑性能，同时表面硬度较高，有效降低能耗和生产成本。
附图说明
[0021]图1为实施例5经过步骤(2)后制得的激光熔覆层的金相组织结构图，放大倍数为500倍。
[0022]图2为实施例5制得的高硬度耐磨自润滑涂层经过磨削后的涂层表面形貌图，图2
为放大10倍的宏观图。
[0023]图3右图为实施例5制得的高硬度耐磨自润滑涂层的摩擦系数测试结果，左图为基体材料15
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5PH马氏体不锈钢合金的摩擦系数测试结果。
具体实施方式
[0024]下面将结合本专利技术的实施例和附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的数值不限制本专利技术的范围。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高硬度耐磨自润滑涂层，其特征在于，包括如下质量百分数的原材料：镍铬合金70％～85％、碳化铬5％～20％、二硫化钨2％～5％、银3％～5％。2.根据权利要求1所述的高硬度耐磨自润滑涂层，其特征在于，所述原材料的粉末粒度均为30μm～200μm。3.根据权利要求1或2所述的高硬度耐磨自润滑涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将马氏体不锈钢合金的表面除去氧化皮及杂质，清洗后待用；(2)将镍铬合金、碳化铬、二硫化钨以及银按配比混合配制成合金粉末，干燥后置于激光熔覆设备中，然后放置所述马氏体不锈钢合金进行预热，预热到设定温度后通入保护气体进行激光熔覆，在所述马氏体不锈钢合金表面制得激光熔覆层，冷却至室温；(3)将表面获得所述激光熔覆层的马氏体不锈钢合金进行时效热处理，最后在所述马氏体不锈钢合金表面制得高硬度耐磨自润滑涂层。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，除去氧化皮及杂质的方法是采用砂纸或磨光机打磨至表面粗糙度小于0.8。5.根据权利要求3所述的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐世霖，冯健，陈松，冯二彬，荣震，
申请(专利权)人：中机凯博表面技术江苏有限公司，
类型：发明
国别省市：