[發(fā)明專利]鈦及鈦合金表面自潤滑耐磨涂層的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310394592.5
• 申請日: 2013-09-04
• 公開（公告）號: CN103498181A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙暉;王小輝;李玉海
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽理工大學(xué)
• 主分類號: C25D11/26
• 分類號: C25D11/26
• 代理公司: 沈陽利泰專利商標(biāo)代理有限公司 21209
• 代理人: 李樞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于表面處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及到鈦合金表面涂覆強(qiáng)化處理，特別涉及到鈦合金表面金屬自潤滑耐磨復(fù)合涂層的制備方法。

背景技術(shù)

鈦及鈦合金具密度低、耐蝕性好、比強(qiáng)度高等優(yōu)點，在航空航天、化工、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。然而鈦及鈦合金表面硬度低、摩擦系數(shù)高，抗摩擦和磨損性能差，特別是對微動磨損十分敏感；在摩擦作用下，機(jī)械零件容易發(fā)熱膠著、咬死和高溫氧化，導(dǎo)致塑性和強(qiáng)度下降；而且在高濃度腐蝕性介質(zhì)中會發(fā)生縫隙腐蝕，嚴(yán)重限制了其應(yīng)用范圍。傳統(tǒng)的表面涂覆處理工藝，如電鍍、熱擴(kuò)散、堆焊、氣相沉積和離子注入等工藝主要通過提高鈦及其合金表面硬度來改善摩擦性能，涂層不具有潤滑性能且耐蝕性不足。專利CN?101280450A則提供了一種既具有很好硬度和自潤滑性能的，但其非固體潤滑介質(zhì)，導(dǎo)致適用范圍（特別是溫度范圍）受到很大限制。因此，鈦及鈦合金表面涂覆技術(shù)中，不但要求具有很好的結(jié)合強(qiáng)度、有很好的硬度和低摩擦系數(shù)，也要求涂層具有很好的實用性和更寬泛的使用溫度。

發(fā)明內(nèi)容

???本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是鈦及鈦合金表面硬度低、摩擦系數(shù)高引起的耐磨性能差等問題，提供一種結(jié)合強(qiáng)度和表面硬度高、摩擦系數(shù)低的鈦及鈦合金表面自潤滑復(fù)合涂層的制備工藝。

采用的技術(shù)方案是：

一種鈦及鈦合金表面自潤滑耐磨涂層的制備方法，包括下述工藝步驟：

（1）打磨鈦及鈦合金合金部件表面，除去表面的大尺寸缺陷；

（2）將經(jīng)過（1）處理的鈦合金部件表面清洗，除去油污、雜質(zhì)等；

（3）將經(jīng)過步驟（2）處理的部件表面進(jìn)行微弧氧化處理，制備高硬度、孔徑小、孔隙率高的陶瓷涂層；

（4）向經(jīng)過充分干燥的陶瓷涂層微孔中引入四氟乙烯聚合物；

（5）通過熱處理，使聚合物充分固化與陶瓷涂層熔為一體。

為了進(jìn)一步提高涂層的結(jié)合力和硬度、降低摩擦系數(shù)等綜合性能，上述步驟（1）中可采用砂輪、砂紙等方式打磨；步驟（2）鈦及鈦合金表面的清洗可采用熱堿、有機(jī)溶液或超聲波；步驟（3）采用脈沖微弧氧化工藝，電解液可采用磷酸鹽、硅酸鹽和偏鋁酸鹽溶液；步驟（4）主要采用聚四氟乙烯的高溫水溶液熱浸的方式引入陶瓷膜中；步驟（5）采用熱處理爐加熱至聚四氟乙烯熔點以上，保溫使其充分熔化、浸滲，即得。

具體地說：一種鈦合金表面金屬基復(fù)合陶瓷涂層的制備方法，其包括：

（1）采用粒度600目以內(nèi)砂紙或砂輪打磨鈦及鈦合金部件表面，除去表面的大尺寸缺陷，保證處理表面的精度。

（2）采用含氫氧化鈉30～40g/L，碳酸鈉20～30g/L，硅酸鈉10～15g/L的化學(xué)溶液，在50～70℃充分清洗鈦及鈦合金10～15min；或在超聲波作用下采用丙酮清洗3min以上，取出，流水沖洗，烘干。

（3）采用醋酸鈉-硅酸鈉系，或磷酸-硅酸鈉系電解液，將步驟（2）處理的部件表面進(jìn)行微弧氧化處理，制備出陶瓷涂層。處理參數(shù)為：電流密度1A/dm²~5A/dm²，電壓300V~600V，占空比20~50%，溫度0~60℃，頻率700~900Hz。

（4）將經(jīng)過步驟（3）處理的試樣烘干，浸入50~70℃、50~80g/L的聚四氟乙烯溶液中，保持30min，取出，晾干。

（5）采用熱處理爐，將熱浸過聚四氟乙烯的試樣加熱至120℃，保溫15min；再升溫至345℃，保溫30min；最后升溫至375℃，保溫15min；自然冷卻至室溫。

本發(fā)明的效果和益處有：（1）涂層主體自金屬表面生長形成，與基體結(jié)合強(qiáng)度好；（2）微弧氧化涂層的陶瓷相與聚四氟乙烯完全熔合在一起，保證了涂層既具有更高的硬度，又具有很低的摩擦系數(shù)，耐磨性能大幅提高；（3）涂層表面平整、均勻，與外界直接接觸相位聚四氟乙烯，不但耐蝕性能大幅提高，而且憎水、憎油，耐污性能出色；（4）涂層的溫度使用范圍更寬。

具體實施方式

實施例1

（1）采用粒度600目砂紙打磨純鈦（TA2）表面，除去表面的大尺寸缺陷，保證處理表面的精度；

（2）在超聲波作用下，采用丙酮3min，除去油污、雜質(zhì)等；

（3）采用醋酸鈉-硅酸鈉系電解液，處理參數(shù)為：電流密度1A/dm²~5A/dm²，電壓350V~500V，占空比20~50%，溫度0~40℃，正、負(fù)脈寬為500μs，脈間為1000μs，處理時間為5~20min，將經(jīng)過步驟（2）處理的部件表面進(jìn)行微弧氧化處理，制備出陶瓷涂層；