[發明專利]一種含Au納米粒子梯度耐磨涂層的制備方法

有效

• 申請號: 201710776679.7
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107723656B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 聞明;王魯寧;趙飛;張蕊;譚志龍;王傳軍;郭俊梅;李艷瓊;程勇;沈月
• 申請（專利權）人: 昆明貴金屬研究所
• 主分類號: C23C14/02
• 分類號: C23C14/02;C23C14/35;C23C14/16;C23C14/58
• 代理公司: 昆明今威專利商標代理有限公司 53115
• 代理人: 賽曉剛

技術領域

本發明涉及一種耐磨涂層的制備方法，特別涉及工業純Ti表面一種含有Au納米粒子的梯度耐磨涂層的制備方法，屬于表面改性領域。

背景技術

Ti材料因其低密度、高比強度、優異的抗腐蝕性、耐高溫、無磁性、生物相容性好等特點，在航空航天、海洋工程、石油化工、醫療、體育運動器具等領域的應用日益廣泛。但是Ti材料尤其是工業純Ti耐磨性較差、易擦傷及粘附限制了其推廣應用。對工業純Ti進行表面改性以增強其耐磨性成為該領域的一個研究熱點。

涂層表面組成對其性能具有重要影響，為達到改善工業純Ti耐磨性的目的，設計并制備復合涂層是目前的一個研究熱點。

中國專利公開號CN105386040A，公開日2016年3月9日，發明創造的名稱為一種在Ti合金表面制備WC/石墨復合涂層的方法。該申請案公開了一種在Ti合金表面制備WC/石墨復合涂層的方法：一、對Ti合金基材進行表面預處理去除表面氧化膜；二、將碳化鎢粉末和金剛石粉末混合均勻，得到混合粉末，然后向混合粉末中加入聚乙烯醇水溶液攪拌均勻，得到熔覆材料；三、將熔覆材料預置于Ti合金基材表面，烘干后得到預置層；四、對具有預置層的Ti合金基材表面進行激光熔覆處理，制備得到WC/石墨復合涂層。本發明通過激光熔覆處理過程產生的熱量使Ti合金基材表面預置層中的金剛石發生同素異構轉變生成石墨，克服現有技術中不能通過激光技術制備石墨涂層的缺陷，在Ti合金表面制備得到WC/石墨復合涂層，在改善Ti合金表面耐磨性能的同時降低其摩擦系數。其不足之處在于該方法主要是僅考慮了涂層表面高硬度(WC)與潤滑材料(石墨)的結合獲得耐磨表層，而未考慮涂層與基體的界面結合，涂層與基體熱膨脹系數差異容易導致內應力的變化而導致涂層失效；同時在大氣環境下，摩擦過程中產生的瞬時高溫(閃溫)也容易造成石墨的氧化而失效。

中國專利公開號CN105904167A，公開日2016年8月31日，發明創造的名稱為兩級原位自生Ti合金表面可控耐磨涂層的制備方法。該申請案公開了一種Ti合金表面可控耐磨涂層的制備方法：一、混粉：按質量百分比將TiB₂粉和TC4Ti合金粉進行球磨混粉，得到混好的復合粉末；二、熱壓燒結：將混好的復合粉末裝入真空熱壓燒結爐中進行熱壓燒結，得到原位自生的高硬質相含量復合材料；三、切割薄片：將原位自生的高硬質相含量復合材料采用線切割機切割成薄片，并用砂紙打磨去掉表面雜質，得到表面光滑的薄片；四、熔覆：將表面光滑的薄片平鋪在TC4Ti合金表面，然后在氬氣保護的條件下置于鎢極氬弧焊機下進行熔覆，得到覆有耐磨涂層的TC4Ti合金。本發明的涂層采用TiB₂與TC4Ti合金的混合粉末進行制備，由于涂層中含有與基體成分一致的TC4Ti合金從而有效降低了涂層與金屬基體的界面應力，同時鎢極氬弧熔覆可在大氣環境中進行，工藝簡單，可提高效率降低成本。該方法的不足之處在于，由于涂層是采用真空熱壓得到燒結錠坯，再采用切割成薄片，這就限制了薄片的厚度下限不能太薄(該發明中薄片厚度大于0.5mm)，從而導致最終的涂層下限不會太薄，而通常功能涂層在幾百納米甚至幾微米以上就能發揮效果，該發明的涂層厚度局限造成了一定的材料浪費。

根據前人研究成果，貴金屬Au、Ag、Pd等的納米粒子具有良好的潤滑性能，有效降低了基體材料的磨損速率(S.W.Zhang,L.T.Hu,H.Z.Wang,D.P.Alng,Tribology International,55(2012)1-6.)。貴金屬在寬的溫度范圍內具有低剪切強度、良好的熱化學穩定性及抗氧化性，即使在高溫環境下也保持了良好的潤滑性能；而傳統的潤滑材料如石墨、MoS₂材料在350℃以上發生快速氧化而失效(C.P.Mulligan,D.Gall,Surface and Coatings Technology,200(2005)1495-1500.)。Au、Ag在碳化物、氮化物、氧化物、金屬合金中均具有良好的潤滑性能。(C.P.Mulligan,T.A.Blanchet,D.Gall,Wear,269(2010)125-131.)。