[發明專利]一種低壓冷噴涂銅基自潤滑涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201810260573.6
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN108486565B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 楊軍;劉維民;陳文元;于源;朱圣宇;喬竹輝;程軍;王帥
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: C23C24/04
• 分類號: C23C24/04;C22C9/00;C22C32/00
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 周瑞華

本發明公開了一種低壓冷噴涂銅基自潤滑涂層，該涂層由重量百分含量為10%～30%的銅包石墨、8%～12%的氧化鋁及余量銅組成。本發明還公開了該涂層在304不銹鋼表面采用低壓冷噴涂技術制備。本發明所述涂層組織結構均勻，涂層與基底結合良好，并具有優良的力學、潤滑和抗磨損性能。此外，涂層的制備技術綠色環保、操作方便、可控性好；涂層在無油或乏油環境下作為潤滑部件具有廣闊的應用前景和重要的實用價值。

技術領域

本發明涉及一種低壓冷噴涂銅基自潤滑涂層及其制備方法，屬于金屬材料表面潤滑與防護技術領域。

背景技術

在機械工程、能源化工及裝備制造業等領域，機械系統中運動部件的摩擦磨損問題嚴重影響了整個系統的精密性、可靠性和使用壽命。因此，在常用的金屬材料表面制備具有良好自潤滑性能且兼具較好機械性能的涂層具有廣泛的應用需求和重要的應用價值。軟金屬銅在摩擦過程中因其良好的延展與易剪切等特性能夠起到良好的潤滑效果；但是在銅涂層的制備過程中存在氧化、硬度較低與承載能力較差等問題，在一定程度上限制了其使用范圍。

低壓（≤1.0 MPa）冷噴涂涂層制備技術是一種以壓縮氣體（空氣、N₂、He或其混合氣體）作為加速介質，基于氣體動力學原理在噴涂過程中帶動噴涂粉末以極高的速度碰撞基底，使粉末發生塑性變形沉積而形成涂層的新型噴涂技術。與其它涂層制備技術相比，其設備裝置操作使用方便、噴涂溫度較低，對基底材料熱損傷小，還可有效解決噴涂過程中材料因溫度過高而發生的相變、分解及氧化等問題。

近幾年來在銅基自潤滑涂層的研究中，文獻[Tribology letter 2016, 62(9):1-12]采用高壓（＞1.0 MPa）冷噴涂制備的Cu-MoS₂復合涂層與純銅涂層相比具有良好的潤滑效果但同時也存在磨損嚴重等缺點；文獻[Wear 2015, 336-337:96-107]制備的Cu-Al₂O₃復合涂層能夠顯著改善純銅涂層的耐磨損性能，但潤滑效果不明顯。然而，低壓冷噴涂所用粉末一般是由軟質金屬（如Cu、Ag、Al及Zn等）和硬質陶瓷相（如Al₂O₃、WC等）組成的混合粉末，其中硬質陶瓷相可有效提高涂層的硬度。

發明內容

本發明的目的在于提供一種低壓冷噴涂銅基自潤滑涂層及其制備方法。

本發明利用低壓冷噴涂技術在304不銹鋼基底上制備軟金屬Cu/耐磨相（Al₂O₃）及固體潤滑相（銅包石墨）的銅基自潤滑涂層材料，實現涂層良好的潤滑性能和耐磨損性能。

一種低壓冷噴涂銅基自潤滑涂層，其特征在于該涂層由重量百分含量為10%～30%的銅包石墨、8%～12%的氧化鋁及余量銅組成。

所述銅包石墨中石墨含量為50%。

如上所述低壓冷噴涂銅基自潤滑涂層的制備方法，其特征在于：將電解枝狀銅粉、多邊形氧化鋁粉和片狀銅包石墨粉的混合粉末作為噴涂粉原料進行噴涂；其制備工藝如下：

1）將電解枝狀銅粉、多邊形氧化鋁粉、片狀銅包石墨粉混合均勻后在75～80 °C干燥1～2 h；

2）將304不銹鋼片基底材料經過300～500目碳化鎢砂紙拋光后，在丙酮溶液中超聲清洗表面的磨屑及油污；再用低壓冷噴涂設備調節壓縮空氣壓力為0.70～0.85 MPa，氣體溫度為室溫，噴砂粒子為80～100目的多邊形氧化鋁，噴砂角度為40°～50°，噴砂距離為25～30 mm，噴砂移動速度為25～35 mm/s，去除基底材料表面的氧化膜；