[發明專利]一種寬溫域自潤滑涂層的制備技術

在審

• 申請號: 201310274044.9
• 申請日: 2013-07-02
• 公開（公告）號: CN104278226A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發明（設計）人: 趙曉琴;陳杰;安宇龍;周惠娣;陳建敏;閻逢元
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: C23C4/06
• 分類號: C23C4/06
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 方曉佳

技術領域

本發明涉及一種寬溫域自潤滑涂層的制備技術。

背景技術

隨著航空、航天、艦船、戰車等高新軍民技術產業中所涉及的各類發動機，不斷向高推重比、高流量比的快速發展，以及現代高技術裝備的運行工況越來越苛刻、條件越來越復雜和不斷提升的高精度、高可靠性和長壽命等方面的要求，對突破原有涂層材料綜合性能極限的高性能寬溫域自潤滑涂層的需求也越來越迫切，我國急需解決從室溫~1000℃寬溫域范圍內具有優異摩擦磨損性能的自潤滑涂層技術，該涂層不但能在更高溫度條件下，尤其是在800℃~1000℃范圍內具有優異的自潤滑性能，而且還要具有優異的環境適應性及穩定性。美國為了解決箔片空氣軸承在起停過程中箔片和軸間產生滑動接觸引而起嚴重磨損這一難題，美國宇航局格林研究中心，于上個世紀九十年代利用大氣等離子噴涂技術，成功制備出PS304高溫自潤滑涂層，該涂層可以實現室溫~650℃的連續潤滑。為了改善涂層在高溫條件下，涂層的相關熱力學性能和其高溫穩定性，該研究中心又于2009年報道了其最新研制的PS400涂層，該涂層采用鎳鉬鋁（NiMoAl）替代鎳鉻作為涂層的粘結相，以此來提高涂層在高溫條件下的穩定性。但是上述兩種涂層為代表的PS系列寬溫域自潤滑涂層都存在一個不足，即這些涂層的最高服役溫度都在650℃左右，不能滿足更高溫度條件下的應用。因此，目前PS系列的涂層已經很難滿足現代高溫潤滑部件的要求，如絕熱發動機機械軸承襯墊的工作溫度范圍在600℃~1000℃，所以迫切需要研制可實現從室溫到1000℃范圍內，均具有良好潤滑性能的寬溫域自潤滑涂層。

發明內容

本發明的目的在于提供一種寬溫域固體自潤滑涂層的制備技術，由該技術制備的涂層可實現從室溫到1000℃的連續潤滑。

本發明的目的可通過如下措施來實現：

本發明利用大氣等離子噴涂技術制備，噴涂粉末通過高溫焰流后，形成熔融或半熔融態液滴，瞬間沉積在高溫合金鋼基材上，通過數遍的沉積過程，最終形成涂層。

一種寬溫域自潤滑涂層的制備技術，采用大氣等離子噴涂工藝制備，其特征在于該技術涂層的噴涂過程是用大氣等離子噴涂設備完成，具體步驟為：

A、按照粉末配比稱取NiCrAlY合金粉末、Cr₂O₃粉末、Ag粉末和CaF₂/BaF₂共晶粉末；將上述四種粉末置于機械混料機中混合后制得噴涂粉末；使噴涂粉末的流動性達到22.0~26.0s/50g，松裝密度達到3.8~4.6g/cm³；

B、將高溫合金鋼基材進行表面粗化處理及清洗；

C、將步驟A制備的噴涂粉末裝入大氣等離子噴涂設備的送粉器中，再將經過步驟B處理后的高溫合金鋼固定在噴涂臺上，設定噴涂工藝參數后，用大氣等離子噴涂工藝制備NiCrAlY-Cr₂O₃-Ag-CaF₂/BaF₂寬溫域自潤滑涂層。

在步驟A中，噴涂粉末中NiCrAlY粉末占60~80wt%，Cr₂O₃粉末占10~20wt%，Ag粉占5~10wt%，CaF₂/BaF₂共晶粉末占5~10wt%。

在步驟A中，?NiCrAlY粉末為不規則形狀，粒徑為30~100μm，NiCrAlY粉末中Ni含量為67%，Cr含量為22%，Al含量為10%，其余為Y。

在步驟A中，?Cr₂O₃粉末為機械破碎粉末，其粒徑為20~80μm。

在步驟A中，?Ag粉為球形，粒徑為80~120μm。

在步驟A中，CaF₂/BaF₂共晶粉末是通過等離子球化技術制備而成，其組成為BaF₂占68wt%，CaF₂占32wt%，制得的CaF₂/BaF₂共晶粉末呈規則的球形，粉末粒徑為20~150μm。

在步驟C中，噴涂前，應對高溫合金鋼基體進行預熱處理，使得基體溫度達到80~100℃時，再進行涂層噴涂。