[發明專利]一種WC新型復合潤滑涂層及其制備方法

在審

• 申請號: 201810216586.3
• 申請日: 2018-03-16
• 公開（公告）號: CN108441734A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 馬希直;杜愷琪;霍波波
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: C22C29/02
• 分類號: C22C29/02;C23C4/06;C23C4/134
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發明公開了一種WC新型復合潤滑涂層及其制備方法，屬于耐高溫復合潤滑材料領域，特別適用于制備高溫條件下的箔片空氣軸承軸頸表面的耐熱耐磨潤滑涂層。該涂層包含WC?Co，Ag，BaF₂，CaF₂，成分重量比為：WC：68%~72%，Co：8%~12%，Ag：9%~11%，BaF₂：4%~6%，CaF₂：4%~6%。其中需要將BaF₂，CaF₂制成共晶粉末，用行星式球磨機對上述10~100 um的WC?Co，Ag，BaF₂/CaF₂共晶粉末進行球磨，獲得粒度10?50 um的復合粉末，用等離子噴涂方式在金屬基體上制成顆粒分布均勻的復合涂層。在進行摩擦磨損實驗時，本發明的涂層在200℃~600℃時，摩擦系數得到顯著降低，磨損性能增強，可以延長箔片空氣軸承的使用壽命以及降低維護費用。

技術領域

本發明屬于耐高溫復合潤滑材料領域，涉及一種WC新型復合潤滑涂層及其制備方法。

背景技術

箔片空氣軸承是動壓氣體軸承的重要形式之一，是一種以柔性表面為支承的自作用式流體動壓軸承，它主要由四部分構成：波箔片、平箔片、軸承座和轉子。與傳統的動壓氣體軸承相比，箔片空氣軸承具有運行壽命長、可靠性高、承載能力大、啟停性能好、耐高溫能力強和轉速高等特點。目前，箔片空氣軸承已經在高溫高速旋轉機械中得到了成功的應用，例如空氣制冷機，輔助能量單元和各類小型透平壓縮機及航空機械。

箔片空氣軸承技術進步和發展的關鍵技術之一是高溫啟停時的潤滑。在正常高速運轉中，軸頸和平箔片表面之間形成動壓氣膜，將軸頸和平箔片隔離，理論上不存在固體接觸，因此穩定運行時箔片空氣軸承幾乎不存在磨損。但是當箔片空氣軸承在啟停階段運行時，轉子轉速低于軸承的起飛臨界轉速，軸頸和平箔片之間無法形成有效的動壓氣膜，導致箔片空氣軸承的平箔片表面和軸頸表面處于干摩擦狀態，這種接觸摩擦狀態，會導致軸承軸頸和平箔片表面的磨損，帶來啟動力矩大的問題，減少箔片空氣軸承的使用壽命，當平箔片磨損超過其厚度的25%時，以及當軸頸的磨損超過0.025 mm時，此箔片空氣軸承已經失效。

因此，必須提供一種固體潤滑劑來減小箔片空氣軸承的摩擦和磨損。傳統的固體潤滑劑（如MoS₂、石墨、PTFE）的使用溫度被局限在300 ℃左右，為了滿足箔片空氣軸承的使用溫度，NASA格林研究中心從1995年開始致力于高溫固體自潤滑系列涂層研究。高溫固體自潤滑涂層（PS304）是采用等離子噴涂技術制備的復合涂層，表現出了極好的附著性和摩擦磨損性能，已成為箔片空氣軸承用涂層的首選，其成分由60%NiCr、20%Cr₂O₃、10%Ag和10%BaF₂/CaF₂共晶體所組成，其中NiCr為粘合劑，Cr₂O₃為硬化劑和高溫潤滑劑，Ag為低溫潤滑劑且可提高涂層的熱穩定性，BaF₂/CaF₂共晶為高溫潤滑劑。但PS304涂層存在顯微組織不均勻、強度低等嚴重的不足，易造成涂層在使用過程中過早地被剝離脫落而失去潤滑作用。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種WC新型復合潤滑涂層及其制備方法，特別適用于制備高溫條件下的箔片空氣軸承軸頸表面的耐熱耐磨潤滑涂層。

為實現上述技術目的，本發明采用的技術方案如下：

一種WC新型復合潤滑涂層，按重量百分比表示，該涂層的組份包括：WC：68%~72%，Co：8%~12%，Ag：9%~11%，BaF₂：4%~6%，CaF₂：4%~6%。

一種生產權利要求1所述的WC新型復合潤滑涂層的制備方法，具體步驟如下：

（1）BaF₂/CaF₂共晶粉末制備