[發明專利]基于激光織構的冷植入制備金屬基自潤滑涂層的方法

在審

• 申請號: 201611087318.3
• 申請日: 2016-12-01
• 公開（公告）號: CN106853560A
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發明（設計）人: 姚延松;房劉楊;閆華;高秋實;秦陽
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: B23K31/00
• 分類號: B23K31/00;B23K28/02
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司31227
• 代理人: 唐燕潔

技術領域

本發明涉及表面微加工技術領域，特別涉及一種基于激光織構的冷植入制備金屬基自潤滑涂層的方法。

背景技術

近年來，隨著科學技術的迅猛發展，包括航天航空等多個領域對儀器、設備及材料的抗磨性能提出了更高的要求，這也加速了固體潤滑替代液體潤滑的步伐，自潤滑涂層因兼有涂層基體的力學性能和潤滑相的摩擦學特性受到越來越多關注。但是由于潤滑相在涂層中分布不均勻會引起不穩定的摩擦系數以及三維微、納米結構缺陷，這些一直是自潤滑涂層制備的難點。

激光表面織構化技術是一種最易控制的微細形貌造型技術，又由于速度快、能耗低、潔凈度高、不受材料限制等優點，可以實現涂層表面規則分布、尺寸可控的微孔陣列，將該技術與自潤滑涂層技術結合起來，可以有效改善零件表面的摩擦和磨損性能。而對于激光織構表面的抗摩減磨研究，主要集中在微孔形狀、微孔深度與微孔直徑的比值(深徑比)和造型密度三個方面來提高摩擦副工作表面的抗摩減磨性能。

中國專利″一種基于激光織構的自潤滑減磨復合結構表面制備方法″(申請號：201410341263.9)公開了一種基于激光織構的自潤滑減磨復合結構表面制備方法，先采用皮秒脈沖激光進行表面織構，再以介電泳力向織構結構填充潤滑劑，最后激光快速掃描制備自潤滑涂層。高能量高密度激光熔覆過程中會出現潤滑相的減少，還有但潤滑相分布不均使得涂層的自潤滑性能未能充分發揮。

中國專利″一種鈦合金表面復合耐磨減摩涂層及其制備方法″(申請號：201410767991.6)公開了一種鈦合金表面復合耐磨減摩涂層及其制備方法，將激光表面織構化技術和等離子電解氧化技術相結合，在鈦合金表面制備織構化/陶瓷化復合涂層，并涂覆固體潤滑劑以改善其表面摩擦性能。這種工藝便于添加潤滑劑，但是制備的材料涂層太過于局限，無法實現材料整體表面的自潤滑。

發明內容

本發明的目的在于針對上述問題，提供了一種基于激光織構的冷植入制備金屬基自潤滑涂層的方法，有效改善了潤滑相在涂層表面不均勻分布，降低表面的摩擦因子，在提高表面抗摩、減磨性能的同時，實現材料表面的自潤滑，同時減少了三維微、納米結構的缺陷。

本發明的目的是這樣實現的：

一種基于激光織構的冷植入制備金屬基自潤滑涂層的方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、制備激光織構表面結構：采用脈沖光纖激光器對熔覆后的試樣的涂層表面進行織構化處理，制備微孔陣列，形成激光織構化表面；

S2、對織構化后的試樣的涂層表面進行處理；

S3、將球磨好的粉末潤滑劑填充在試樣的激光織構表面結構內；

S4、將填充好潤滑劑的試樣固定在攪拌摩擦焊設備的工作臺上，在氬氣體保護下進行加工，完成試樣的自潤滑涂層的制備。

其中，所述S1中的激光織構化表面為由正六邊形組成的蜂窩狀，所述正六邊形的邊長為1.5mm～2.5mm，深度0.5mm～1.5mm，織構密度范圍為30％～50％。

其中，所述S1中脈沖光纖激光器的基本參數為：激光波長1064nm、脈沖頻率30～250kHz、脈沖寬度80～120ns，每個孔需要15～20個脈沖。

其中，所述S2中對涂層表面的處理具體采用氨水對試樣的涂層表面進行擦洗，并去除試樣的涂層表面的氧化物。

其中，所述S3中填充的粉末潤滑劑的厚度為所述試樣的激光織構表面結構深度的0.9～1.0倍。

其中，所述S4中攪拌摩擦焊設備所用的攪拌頭的工藝參數為：軸肩直徑為8～12mm，攪拌頭直徑3～5mm，長2.5～3.5mm，攪拌速度50mm/min，旋轉速度為500～750r/min。

其中，所述S4中攪拌摩擦焊設備所用的攪拌頭的軸肩壓入試樣的表面深度為0.15～0.25mm。

本發明的有益效果為：

1)本方法是在金屬基涂層上進行的，克服了在激光輻照之后由于熔池區域內部會存在較大的溫度梯度導致后續的快速凝固過程中產生較強的熱應力涂層中產生微裂紋，同時避免了由于高溫影響潤滑相的減少。

2)用本方法在涂層表面形成多尺度微孔結構，可以提高表面潤滑涂層的結合強度，經過攪拌摩擦焊處理后，使得潤滑相在涂層分布更加均勻，降低表面的摩擦因數，在提高表面抗摩、減磨性能的同時，實現表面的自潤滑。

3)整個工藝過程簡單、易于實現自動化、效率高，具有較為理想的工程應用意義。

附圖說明

圖1為本發明的工藝流程圖。

圖2為脈沖光纖激光器對涂層進行織構的示意圖。