[發(fā)明專利]一種無(wú)機(jī)涂層及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710513811.5
• 申請(qǐng)日: 2017-06-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107435129A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-12-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顧淵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 顧淵
• 主分類號(hào): C23C4/134
• 分類號(hào): C23C4/134;C23C4/06
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司11332
• 代理人: 胡彬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無(wú)機(jī)涂層及其制備方法。

背景技術(shù)

耐磨涂層作為表面改性的一種手段，能夠賦予基體材料優(yōu)異的耐磨性能， 延長(zhǎng)其使用壽命。因此，耐磨涂層的研究一直受到人們的廣泛關(guān)注。耐磨涂層 材料通常要求低摩擦系數(shù)，但是，某些特定應(yīng)用場(chǎng)合需要高摩擦系數(shù)涂層材料， 如汽車同步器等。同步器是汽車變速箱的重要部件之一，能夠有效地降低汽車 換擋過(guò)程中的震動(dòng)、沖擊和噪音，從而提高汽車操縱的穩(wěn)定性和行駛的安全性。 改變同步器結(jié)構(gòu)和同步器錐面的摩擦材料是提高同步器性能的最主要手段。為 確保變速箱良好的工作性能，要求同步器摩擦內(nèi)襯材料具有高而穩(wěn)定的摩擦系 數(shù)、良好的耐磨性、耐高溫、優(yōu)異的抗沖擊載荷能力等綜合性能。

金屬鉬(Mo)具有抗腐蝕、耐粘著磨損、高導(dǎo)熱率、低膨脹系數(shù)以及優(yōu)異 的抗熱沖擊性能等特點(diǎn)，常被用于改善減速器同步環(huán)、內(nèi)燃機(jī)活塞環(huán)的摩擦學(xué) 性能。目前，制備鉬涂層的工藝有爆炸噴涂、火焰噴涂和等離子噴涂等。爆炸 噴涂技術(shù)工藝較復(fù)雜，此方法制備鉬涂層僅見(jiàn)實(shí)驗(yàn)室報(bào)道。工業(yè)應(yīng)用較多的是 氧-乙炔火焰絲材噴涂方法，該方法設(shè)備簡(jiǎn)單，但所制備的鉬涂層孔隙率較大， 涂層內(nèi)部結(jié)合較差，導(dǎo)致其耐磨性能降低、使用壽命偏短。Mo屬于金屬材料， 易于進(jìn)行機(jī)械加工，但同時(shí)其硬度較低(1500MPa-1600MPa)，導(dǎo)致其耐磨損性 能降低，使用壽命較短。在鉬涂層中添加陶瓷組分，有利于改善其耐磨性能。

等離子噴涂涂層具有孔隙率低、結(jié)合強(qiáng)度高、噴涂原料為粉體、噴涂材料 范圍廣等特點(diǎn)。目前已有研究采用等離子噴涂方法制備了用于汽車同步器的等 離子噴涂鉬合金涂層，并研究了添加合金元素對(duì)其耐磨性能的影響。

碳化鋯(ZrC)，具有高硬度(25.5GPa)、高熔點(diǎn)(3420℃)和良好的化學(xué) 穩(wěn)定性等特點(diǎn)，被研究應(yīng)用于各種苛刻環(huán)境，如作為磨料，用于硬質(zhì)合金、剛 玉或玻璃的加工，以及宇航用耐高溫材料和核反應(yīng)中燃料顆粒的涂覆材料等。

CN104651770A公開(kāi)了一種具有高摩擦系數(shù)和低磨損率的無(wú)機(jī)涂層及其制 備方法，所述涂層采用Mo-ZrC-Mn-Ti復(fù)合粉體為原料，在金屬基材上噴涂得 到，所述涂層中ZrC含量為10～80vol.％。該涂層可保持高摩擦系數(shù)的特點(diǎn)，同 時(shí)降低其磨損率，從而延長(zhǎng)其使用壽命。然而，該涂層在力學(xué)性能和熱膨脹性 能方面仍有待改進(jìn)。

因此，如何研發(fā)一種具有高摩擦系數(shù)和低磨損率并具有優(yōu)異的力學(xué)性能， 并具有較低的熱膨脹系數(shù)的無(wú)機(jī)涂層是目前的重點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明通過(guò)調(diào)整無(wú)機(jī)涂層中的各組分，改善了 涂層的各性能，使其在具有高摩擦系數(shù)和低磨損率的同時(shí)，還具有優(yōu)異的力學(xué) 性能，并具有較低的熱膨脹系數(shù)。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

第一方面，本發(fā)明提供了一種無(wú)機(jī)涂層，所述涂層含有聚丙烯腈/碳納米管 導(dǎo)電纖維、納米三氧化二鋁和Mo-ZrC-Mn-Ti復(fù)合粉體；所述Mo-ZrC-Mn-Ti 復(fù)合粉體中Mo、ZrC、Mn和Ti元素的摩爾比為1-4:2-5:3-5:2-6。

本發(fā)明通過(guò)在含有Mo-ZrC-Mn-Ti復(fù)合粉體的涂層的基礎(chǔ)上，再加入聚丙 烯腈/碳納米管導(dǎo)電纖維和納米三氧化二鋁，其中Mo-ZrC-Mn-Ti復(fù)合粉體和聚 丙烯腈/碳納米管導(dǎo)電纖維以及納米三氧化二鋁三者之間能夠發(fā)揮協(xié)同增效作 用，其涂層具有優(yōu)異的力學(xué)性能，并降低了熱膨脹系數(shù)。

優(yōu)選地，本發(fā)明所述涂層中，聚丙烯腈/碳納米管導(dǎo)電纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 60-80％，例如可以是60％、65％、68％、70％、72％、75％、80％；納米三氧化 二鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5-10％，例如可以是5％、6％、7％、8％、9％、10％；所述 Mo-ZrC-Mn-Ti復(fù)合粉體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10-35％，例如可以是10％、12％、15％、 22％、25％、28％、30％、32％、35％。其中，所述Mo-ZrC-Mn-Ti復(fù)合粉體中， 所述Mo-ZrC-Mn-Ti復(fù)合粉體中Mo、ZrC、Mn和Ti元素的摩爾比為 1-4:2-5:3-5:2-6，例如可以是1:2:3:2、3:3:3:5、1:5:5:4。

本發(fā)明中，所述涂層厚度為200-1000μm，例如可以是200μm、400μm、 600μm、800μm、1000μm，優(yōu)選為300-600μm。

第二方面，本發(fā)明還提供了第一方面所述的無(wú)機(jī)涂層的制備方法，包括以 下步驟：

(1)制備聚丙烯腈/碳納米管導(dǎo)電纖維；