[發明專利]高硬度耐磨自潤滑涂層及其制備方法

在審

• 申請號: 202011314535.8
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112647074A
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 徐世霖;馮健;陳松;馮二彬;榮震
• 申請（專利權）人: 中機凱博表面技術江蘇有限公司
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;B22F1/00
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 馬曉敏

本發明涉及高硬度耐磨自潤滑涂層及其制備方法，將馬氏體不銹鋼合金的表面除去氧化皮及雜質，清洗后待用；將鎳鉻合金70％～85％、碳化鉻5％～20％、二硫化鎢2％～5％、銀3％～5％按配比混合配制成合金粉末，干燥后置于激光熔覆設備中，然后放置所述馬氏體不銹鋼合金進行預熱，預熱到設定溫度后通入保護氣體進行激光熔覆，在所述馬氏體不銹鋼合金表面制得激光熔覆層，冷卻至室溫；將表面獲得所述激光熔覆層的馬氏體不銹鋼合金進行時效熱處理，最后在所述馬氏體不銹鋼合金表面制得高硬度耐磨自潤滑涂層。本發明方法制得的涂層具有極低的摩擦系數以及較高的表面硬度。

技術領域

本發明涉及材料表面改性技術領域，具體涉及高硬度耐磨自潤滑涂層及其制備方法。

背景技術

15-5PH或17-4PH屬于馬氏體沉淀硬化不銹鋼，其主要應用領域為航空航天、飛機零件、部件制造高壓閥門等腐蝕環境、槽、緊固件、設備和裝備。雖經熱處理條件可獲得各種性能，但是該類合金仍存在著硬度低、摩擦系數高且不穩定、耐磨性差以及嚴重的粘著磨損和微動磨損敏感性等固有缺點，限制了其作為摩擦磨損運動副零部件的應用和其優異力學性能潛力的發揮。

當前激光熔覆處理技術的發展已日益受到人們重視，如用激光熔覆的材料表面改性可以提高部件的表面硬度、耐磨性或耐腐蝕性，改善表面機械加工性能，還能修復因磨損而失效的零件，延長其使用壽命；因此，通過激光熔覆的表面改性技術制備涂層改善材料摩擦學行為是極其有效的手段，激光熔覆技術在表面處理領域具有良好的發展前景。

現有技術中關于主要添加二硫化鉬作為潤滑劑耐磨自潤滑激光熔覆涂層雖然涂層的磨損率得到大幅下降，但是摩擦系數仍然較高，導致與涂層接觸磨損的摩擦配副部件的磨損率提高了2-4倍，從而使得整體結構的磨損率表現的差強人意，且涂層在工作過程中需要承受高載荷沖擊和沖刷，因此對涂層與基體的結合強度和耐沖擊韌性要求更高。此外采用激光熔覆表面處理技術已經在鈦合金、鎳基合金等基材已經被廣泛應用，而在馬氏體沉淀硬化不銹鋼上的采用激光熔覆鎳基涂層仍是難點。這是由于鎳基涂層具有較高的裂紋敏感性，涂層中的熱裂紋源沿粗大硬質相晶界開裂，甚至可能導致基材熱影響區域附近組織開裂。所以采用激光熔覆涂層來提高馬氏體沉淀硬化不銹鋼磨損性能鮮有相關報道和應用。

發明內容

為了解決現有技術的涂層自潤滑性能不佳、摩擦系數仍然較高的技術問題，而提供高硬度耐磨自潤滑涂層及其制備方法。本發明方法的涂層是在鎳鉻合金母相中添加碳化鉻金屬陶瓷耐磨相、第一潤滑相二硫化鎢以及第二潤滑相銀粉，通過激光熔覆工藝制得具有極低的摩擦系數的涂層。

為了達到以上目的，本發明通過以下技術方案實現：

高硬度耐磨自潤滑涂層，包括如下質量百分數的原材料：鎳鉻合金70％～85％、碳化鉻5％～20％、二硫化鎢2％～5％、銀3％～5％。

進一步地，所述原材料的粉末粒度均為30μm～200μm。粒徑太細小于30μm容易被激光燒蝕，而太粗大于200μm后較難熔化并將會進一步形成粗大顆粒缺陷，因此該粒徑范圍為激光熔覆最佳的粉末粒度。

本發明提供上述高硬度耐磨自潤滑涂層的制備方法，包括如下步驟：

(1)將馬氏體不銹鋼合金的表面除去氧化皮及雜質，清洗后待用；

(2)將鎳鉻合金、碳化鉻、二硫化鎢以及銀按配比混合配制成合金粉末，干燥后置于激光熔覆設備中，然后放置所述馬氏體不銹鋼合金進行預熱，預熱到設定溫度后通入保護氣體進行激光熔覆，在所述馬氏體不銹鋼合金表面制得激光熔覆層，冷卻至室溫；

(3)將表面獲得所述激光熔覆層的馬氏體不銹鋼合金進行時效熱處理，最后在所述馬氏體不銹鋼合金表面制得高硬度耐磨自潤滑涂層。

進一步地，除去氧化皮及雜質的方法是采用砂紙或磨光機打磨至表面粗糙度小于0.8。

進一步地，所述合金粉末的干燥時間為8h～10h。