可原位析出氟化物纳米晶的耐腐蚀自润滑搪瓷涂层及其制备方法技术

本发明专利技术的目的在于提供一种可原位析出氟化物纳米晶的耐腐蚀自润滑搪瓷涂层及其制备方法，该搪瓷涂层熔炼时加入一定比例的氟化物，与搪瓷釉中的氧化钙或氧化钡组元结合，原位析出纳米级氟化钙或氟化钡晶体；该搪瓷涂层的质量分数配比为：二氧化硅43～58％、三氧化二铝10～20％、氧化钙或氧化钡12～18％、三氧化二硼5～10％、氧化钠或氧化钾3～9％，加入氟化物的占比为5～10％。本发明专利技术通过控制原位析出氟化物纳米晶，可实现搪瓷涂层室温低摩擦系数和低磨损率的自润滑效果，突破了传统氟化物润滑剂低温无润滑效果的局限。此外，涂层保留了搪瓷优异的耐酸碱腐蚀性能，实现了自润滑与耐腐蚀性能的统一。耐腐蚀性能的统一。耐腐蚀性能的统一。

【技术实现步骤摘要】
可原位析出氟化物纳米晶的耐腐蚀自润滑搪瓷涂层及其制备方法


[0001]本专利技术属于材料工程
，涉及一种可原位析出氟化物纳米晶的耐腐蚀自润滑搪瓷涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]国内外学者对于Al2O3陶瓷、ZrO2陶瓷等材料的自润滑，尤其对于应用在刀具减摩，提升切削性能等专业领域中的搪瓷、陶瓷材料有比较深入的研究，陶瓷材料的本征脆性是阻碍其提升耐磨性能的主要问题。通过将固体润滑剂加入到不同金属、陶瓷材料中，或采用沉积技术在特定的基体上形成复合涂层是降低材料磨损的一种主要思路。氟化物经常作为固体润滑剂被加入到润滑油、耐磨复合材料、梯度材料中，提升材料的高温润滑性能，或与其他润滑材料共同使用产生更好的协同润滑效果，例如CaF2‑
Au、CaF2‑
Mo、CaF2‑
Ag、CaF2‑
BaF2共晶等，取得了显著成果。大多数研究表明CaF2能在高温下实现润滑，是因为CaF2是非层状结构的离子化合物，随着温度的升高，破坏方式逐渐由脆性破坏变为塑性流动，摩擦系数降低，其润滑性能随着温度的升高而逐渐出现并提高。CaF2的晶胞结构中存在一个滑移面；在高温下，滑移面上的原子间结合强度降低，从而使滑移面剪切强度降低，易于发生滑动。另一方面，CaF2对固体表面具有较强的吸附性，这一特性易于在对磨表面之间形成转移膜；这种由CaF2所形成的吸附膜能够承受高载荷，有效防止对磨表面相互接触。CaF2的高温滑移性、吸附成膜性以及热化学稳定性使其成为良好的高温固体润滑剂。目前CaF2固体润滑剂在高温条件下的优良自润滑性能被广泛认可，对于CaF2的润滑研究目前还是主要集中在高温条件下，常温下的自润滑情况少有研究。
[0003]为扩大含CaF2润滑剂材料的润滑温度范围，有研究采用CaF2高温润滑相与其他低温润滑相复合的手段，发现两种润滑相之间会产生不利影响，高低温润滑相复合的设计存在一定缺陷，因此对于CaF2的常温润滑还有待进一步研究。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种可原位析出氟化物纳米晶的耐腐蚀自润滑搪瓷涂层及其制备方法，通过控制原位析出氟化物纳米晶，可实现搪瓷涂层室温低摩擦系数和低磨损率的自润滑效果，突破了传统氟化物自润滑相仅于韧脆转变温度以上应用的局限。
[0005]本专利技术提供一种可原位析出氟化物纳米晶的耐腐蚀自润滑搪瓷涂层，该搪瓷涂层熔炼时加入一定比例的氟化物，与搪瓷釉中的氧化钙或氧化钡组元结合，原位析出纳米级氟化钙或氟化钡晶体；该搪瓷涂层的质量分数配比为：二氧化硅43～58％、三氧化二铝10～20％、氧化钙或氧化钡12～18％、三氧化二硼5～10％、氧化钠或氧化钾3～9％，加入氟化物的占比为5～10％。
[0006]在本专利技术的可原位析出氟化物纳米晶的耐腐蚀自润滑搪瓷涂层中，所述二氧化硅和三氧化二铝的含量的总和为57～68％。
[0007]在本专利技术的可原位析出氟化物纳米晶的耐腐蚀自润滑搪瓷涂层中，所述氟化物为氟化钙、氟化钡或氟化钠。
[0008]在本专利技术的可原位析出氟化物纳米晶的耐腐蚀自润滑搪瓷涂层中，所述搪瓷涂层的性能指标如下：
[0009]室温往复摩擦系数≤0.3，磨损率≤6
×
10
‑6mm3·
N
‑1·
m
‑1；在80℃、30vol％的硫酸溶液中腐蚀24h后，腐蚀失重≤0.2mg
·
cm
‑2·
d
‑1；经80℃、3wt％氢氧化钠溶液腐蚀24h后，腐蚀失重≤0.5mg
·
cm
‑2。
[0010]本专利技术还提供一种可原位析出氟化物纳米晶的耐腐蚀自润滑搪瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0011]步骤1：将各种氧化物和氟化物球磨混合，熔炼搪瓷釉料；
[0012]步骤2：采用步骤1获得的搪瓷釉料制备搪瓷微粉；
[0013]步骤3：将搪瓷微粉制成复合搪瓷悬浮液；
[0014]步骤4：将复合搪瓷悬浮液喷涂到部件表面，并烧制成复合搪瓷涂层。
[0015]在本专利技术的可原位析出氟化物纳米晶的耐腐蚀自润滑搪瓷涂层的制备方法中，所述步骤1具体为：
[0016]步骤1.1：将二氧化硅43～58％、三氧化二铝10～20％、氧化钙或氧化钡12～18％、三氧化二硼5～10％、氧化钠或氧化钾3～9％和氟化物5～10％磨球混合；转速200～400转/分，时间10～24h，混合均匀后进行加热熔炼；
[0017]步骤1.2：加热熔炼过程中以10～15℃/min的速度从室温加热至1450～1550℃；并恒温保持1～2h后水淬得到特定成分的搪瓷釉料。
[0018]在本专利技术的可原位析出氟化物纳米晶的耐腐蚀自润滑搪瓷涂层的制备方法中，所述步骤2具体为：将步骤1得到的搪瓷釉料经球磨得到粒径小于10μm的搪瓷微粉，球磨时间为50～150h。
[0019]在本专利技术的可原位析出氟化物纳米晶的耐腐蚀自润滑搪瓷涂层的制备方法中，所述步骤3具体为：
[0020]以无水乙醇为分散剂，1g搪瓷微粉所需无水乙醇10～30ml；经磁力搅拌以及超声波振荡15～30min得到分散均匀的复合搪瓷悬浮液。
[0021]在本专利技术的可原位析出氟化物纳米晶的耐腐蚀自润滑搪瓷涂层的制备方法中，所述步骤4具体为：
[0022]步骤4.1：用空气压缩机将复合搪瓷悬浮液均匀喷涂于高温合金零部件，喷涂压力为0.2～0.4MPa，喷涂距离15～40cm，涂层喷涂后经200～300℃烘干10～60min，得到复合搪瓷涂层的原始胚件；
[0023]步骤4.2：将烘干后的原始胚件经850～1050℃高温烧结5～30min后取出，大气中冷却，得到复合搪瓷涂层；最终制备的复合搪瓷涂层厚度超过80μm。
[0024]本专利技术的可原位析出氟化物纳米晶的耐腐蚀自润滑搪瓷涂层及其制备方法，至少具有以下有益效果：
[0025]1.本专利技术制备的搪瓷涂层，制备工艺简单，配方中所需制作原料在市场可直接采购。
[0026]2.本专利技术制备的搪瓷涂层在烧结制备的过程中，能与合金基体发生反应从而形成
界面的化学结合，热循环条件下涂层的抗界面剥落能力优于传统的陶瓷涂层。
[0027]3.本专利技术制备的搪瓷涂层具有优异的阻氧扩散能力，抗高温氧化性能优于传统的金属涂层。
[0028]4.本专利技术制备的搪瓷涂层具有优异的抗热腐蚀、抗热循环剥落、耐酸碱腐蚀等综合性能。
附图说明
[0029]图1为本专利技术中原位析出纳米晶CaF2的搪瓷涂层表面图；
[0030]图2A为原位析出CaF2搪瓷涂层的TEM微观结构；
[0031]图2B为Ca元素映射；
[0032]图2C为F元素映射；
[0033]图2D为图2A中b区域的SAED图谱；
[0034]图3为原位析出纳米晶CaF2搪瓷涂层在室温下摩擦1800s后的磨痕整体形貌；
[0035]图4为磨加复合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.可原位析出氟化物纳米晶的耐腐蚀自润滑搪瓷涂层，其特征在于，该搪瓷涂层熔炼时加入一定比例的氟化物，与搪瓷釉中的氧化钙或氧化钡组元结合，原位析出纳米级氟化钙或氟化钡晶体；该搪瓷涂层的质量分数配比为：二氧化硅43～58％、三氧化二铝10～20％、氧化钙或氧化钡12～18％、三氧化二硼5～10％、氧化钠或氧化钾3～9％，加入氟化物的占比为5～10％。2.如权利要求1所述的可原位析出氟化物纳米晶的耐腐蚀自润滑搪瓷涂层，其特征在于，所述二氧化硅和三氧化二铝的含量的总和为57～68％。3.如权利要求1所述的可原位析出氟化物纳米晶的耐腐蚀自润滑搪瓷涂层，其特征在于，所述氟化物为氟化钙、氟化钡或氟化钠。4.如权利要求1所述的可原位析出氟化物纳米晶的耐腐蚀自润滑搪瓷涂层，其特征在于，所述搪瓷涂层的性能指标如下：室温往复摩擦系数≤0.3，磨损率≤6
×
10
‑6mm3·
N
‑1·
m
‑1；在80℃、30vol％的硫酸溶液中腐蚀24h后，腐蚀失重≤0.2mg
·
cm
‑2·
d
‑1；经80℃、3wt％氢氧化钠溶液腐蚀24h后，腐蚀失重≤0.5mg
·
cm
‑2。5.权利要求1
‑
4任一项所述的可原位析出氟化物纳米晶的耐腐蚀自润滑搪瓷涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将各种氧化物和氟化物球磨混合，熔炼搪瓷釉料；步骤2：采用步骤1获得的搪瓷釉料制备搪瓷微粉；步骤3：将搪瓷微粉制成复合搪瓷悬浮液；步骤4：将复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明辉，甄宇，王群昌，王金龙，周文，王福会，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：