[發(fā)明專利]一種氧化鉭原位復合鉭基納米晶抗磨減摩涂層的制備方法

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• 申請日: 2020-07-30
• 公開（公告）號: CN111676440A
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁愛民;李曉倩;王富國;張俊彥
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: C23C4/134
• 分類號: C23C4/134;C23C4/06;C23C4/02
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 曹向東

本發(fā)明涉及一種氧化鉭原位復合鉭基納米晶抗磨減摩涂層的制備方法，該方法是：將基體進行預(yù)處理后，利用等離子噴涂技術(shù)將含有氫化鉭的Ta粉熔融后噴涂至其表面，即得Ta₂O₅原位復合Ta基納米晶涂層。本發(fā)明制備方法簡單，易于實現(xiàn)，所得涂層具有高結(jié)合強度、優(yōu)異的減摩抗磨性能等特點，適用于同時要求高耐磨和良好減摩性的部件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及表面工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種氧化鉭原位復合鉭基納米晶抗磨減摩涂層的制備方法。

背景技術(shù)

在航空航天和武器裝備等領(lǐng)域，其關(guān)鍵部件通常運行于極端苛刻環(huán)境，需具備抗磨減摩、長壽命服役等性能。摩擦磨損一般發(fā)生在工件表面（例如：拋丸機葉片受到鐵(鋼)丸的沖蝕磨損、鋼炮管表面受到發(fā)射藥燃燒產(chǎn)生的熱氣體的化學腐蝕磨損、橡膠密封件在服役過程中受到摩擦作用致使形成橡膠/金屬配副的二體磨粒磨損。），采用表面強化技術(shù)可以大大降低相互接觸或產(chǎn)生相對運動表面的摩擦與磨損，從而降低了材料和能量的消耗，延長工件的使用壽命。其中表面涂層技術(shù)越來越受到科研工作者的重視，在工件表面制備減摩抗磨性能良好的防護涂層是一種解決工件摩擦磨損問題的可行方法。

金屬鉭（Ta）具有高熔點、高密度、低膨脹系數(shù)、低熱導率及良好的摩擦學與耐腐蝕性能，可用作表面防護材料。由于鉭鈮礦物共生，Ta的提煉復雜、成本昂貴，直接使用Ta無法滿足工業(yè)需求，Ta金屬更適合用于涂層材料。Ta基涂層因其性能獨特可滿足多種極端工況需求，具有廣闊應(yīng)用前景。但是，目前國內(nèi)外關(guān)于針對Ta-Ta₂O₅體系納米晶涂層的摩擦學性能研究幾近于無。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種工藝簡單、適于工業(yè)化生產(chǎn)的氧化鉭原位復合鉭基納米晶抗磨減摩涂層的制備方法。

為解決上述問題，本發(fā)明所述的一種氧化鉭原位復合鉭基納米晶抗磨減摩涂層的制備方法，其特征在于：將基體進行預(yù)處理后，利用等離子噴涂技術(shù)將含有氫化鉭的Ta粉熔融后噴涂至其表面，即得Ta₂O₅原位復合Ta基納米晶涂層。

所述基體的材質(zhì)為各種不同牌號的鋼材。

所述預(yù)處理是指先采用中性或弱酸性水基除油劑對所述基材進行除油，然后依次經(jīng)蒸餾水洗滌、拋光除銹、丙酮溶液洗滌，最后采用棕剛玉（主要成分為Al₂O₃）噴砂即可。

所述Ta粉中含有α-Ta相及Ta₂H相，其粒度45 μm，純度＞99.9%。

所述等離子噴涂條件是指電流為360~420 A，電壓為150~170 V，氬氣流量為110~160 LPM，氫氣流量為30~50 LPM，采用連續(xù)噴涂或間斷噴涂，噴涂次數(shù)為6~8次，連續(xù)噴涂或前后兩次噴涂間隔2~3 s。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明以含有α-Ta相及Ta₂H相、粒度45 μm、純度＞99.9%的Ta粉為原料（如圖1所示），通過大氣等離子噴涂技術(shù)，制備出了含有納米晶結(jié)構(gòu)的Ta基涂層且原位復合了Ta₂O₅陶瓷相結(jié)構(gòu)，不但增強了涂層的硬度，而且增強了涂層在邊界潤滑條件下的耐磨損性能。因此，該涂層兼顧了高硬度和韌性，具有高結(jié)合強度、優(yōu)異的減摩抗磨性能等特點，適用于同時要求高耐磨和良好減摩性的部件。

2、本發(fā)明所獲得的納米晶涂層表面較均勻平整，由XRD分析計算，涂層中α-Ta沿（110）晶面法向的平均晶粒尺寸為23~52nm，晶格畸變?yōu)?.37~0.55%（如圖2所示）。細小的納米晶粒強化了干摩擦條件下涂層的抗刻劃能力。

3、采用微動摩擦磨損試驗機對本發(fā)明所獲得的Ta₂O₅原位復合Ta基納米晶涂層進行性能評價，摩擦條件采用球-盤往復模式。