[發明專利]一種用于提高鈦合金表面自潤滑耐磨性能的材料及其應用

無效

• 申請號: 201310024727.9
• 申請日: 2013-01-23
• 公開（公告）號: CN103060799A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 劉秀波;劉海青;孟祥軍;鄭晨;王明娣;孫承峰
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C22C29/02
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術領域

本發明涉及一種用于制備鈦合金表面自潤滑耐磨復合材料涂層的粉末及其應用。.

背景技術

鈦合金具有密度低、比強度高、屈強比高、高溫力學性能優異（與鋁合金相比）、耐蝕性優異、生物相容性好等突出優點，在航空、航天、船舶、兵器、海洋、石油、化工、生物醫學工程等領域中得到廣泛應用。在航空工業領域，鈦合金是制作各類航空飛行器的關鍵結構材料。在先進高推比航空發動機中，鈦合金廣泛用于制作風扇葉片、壓氣機盤、壓氣機葉片、壓氣機整體葉環及整體葉盤、壓氣機機匣、鼓筒軸、加力筒體、調節片、尾噴管等核心關鍵運動零部件及關鍵結構件。但鈦合金摩擦系數大、易粘著、不易潤滑、耐磨性差、高溫抗氧化性能低等缺點，大大限制了鈦合金的應用范圍，特別是嚴重制約了鈦合金作為摩擦副運動零部件的使用。在航空、航天、核能、軍工等尖端技術領域，存在著大量在高真空度、高溫、高速、重載等苛刻工況環境下運行的鈦合金摩擦運動副零部件，如高溫絕熱發動機軸承、活塞環、缸套、核閥、汽輪機葉片等，普通的潤滑油脂已不能完全滿足使用要求，在對磨件表面制備出一種高效、環保的耐磨減摩的自潤滑涂層是解決上述問題的有效途徑之一。

固體自潤滑復合材料是以金屬、陶瓷或非金屬為基本組元，加入固體潤滑劑和一些附加組元，通過一定工藝制備而成的具有一定強度和自潤滑性能的復合材料。這種復合材料可根據工況要求方便地設計成分組成，一方面具有較高的強度和硬度，能夠提高接觸摩擦副的耐磨性；另一方面又具有自潤滑的效果，在摩擦副之間形成固體潤滑轉移膜，減少摩擦副的摩擦系數和穩定摩擦功耗，實現無油或少油條件下自潤滑的目的。因為具有優異的綜合性能引起了潤滑領域的廣泛關注并迅速發展起來。常見的固體潤滑劑有石墨、軟金屬(Au、Ag、Pb等)、層狀固體(MoS₂、WS₂)、氟化物(CaF₂、BaF₂等)及高分子聚合物等。其中MoS₂和WS₂是應用最為廣泛的固體潤滑劑，MoS₂和WS₂具有層狀結構，其晶體為六方晶系，由于其層與層之間的范德華力較小，故剪切力較小，因而擁有較低的摩擦系數，起到很好的減摩作用。

由于磨損基本發生于材料或零部件的表面，采用合適的表面工程手段在材料表面制備硬度高、耐磨性好的涂層無疑具有較高的經濟性和可行性，不僅可以拓寬其應用領域和范圍（如核能、軍工、冶金等領域；高溫、高速、重載等環境），還可有效提高材料或零部件的使用壽命，節約成本、保護環境。目前，常用的復合材料有鎳基、鐵基、鈷基合金，并加入一些碳化物增強相（如碳化鎢、碳化鉻、碳化鈦等），采用這些高溫高硬度耐磨材料或涂層雖然大大地提高了工件自身的高溫耐磨性能，但與此同時，在很多情況下卻加劇了對偶件的磨損，即對配偶件的摩擦相容性或者說自潤滑性能差，這在很多情況下是很有害和不允許的，所以復合材料涂層不僅要具有優異的高溫耐磨性能，還應具有一定的高溫減摩性能。涂層常見的制備方法有熱噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂和激光熔覆。但是受電弧噴涂、熱噴涂及等離子噴涂工藝本身所限，涂層與基材之間為機械結合，結合強度有限，且涂層組織疏松，在強烈磨損工況下涂層易于開裂和脫落。激光熔覆技術是利用具有高能密度的激光束使某種特殊性能的材料快速熔凝在基體材料表面并與基體形成冶金結合，構成與基體成分和性能完全不同的高性能合金熔覆層。其優點是：涂層組織致密、孔隙率較低；晶粒細小、宏觀力學性能較高（細晶強化）；與基體形成冶金結合、結合強度很高。

傳統的復合涂層材料只是單一的提高鈦合金表面的硬度及高溫耐磨性能，但很多情況下卻加劇了對偶件的磨損，這是非常有害和不允許的。常規工藝如熱噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂等工藝也常被用來對鈦合金進行表面改性，以提高鈦合金的摩擦磨損性能。但是電弧噴涂、熱噴涂及等離子噴涂工藝本身所限，涂層與基材之間為機械結合，結合強度有限，且涂層組織疏松，在強烈磨損工況下涂層易于開裂和脫落。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的不足，提供一種能有效延長零部件的服役壽命，且節約成本、保護環境，應用于激光熔覆工藝制備鈦合金表面自潤滑耐磨復合材料涂層的粉末,得到的涂層提高了鈦合金表面的高溫耐磨減摩性能，拓寬了Ti6Al4V鈦合金的應用范圍和領域。