[發(fā)明專利]一種航空鋁合金表面制備潤(rùn)滑及耐磨復(fù)合涂層

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110173462.3
• 申請(qǐng)日: 2021-02-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112981488B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李洪義;何佳偉;周鈺清;吳安冉;陳言慧;祖冠男;王金淑;周文元;常玉昆;許世宇;王越
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C25D11/08
• 分類號(hào): C25D11/08;C25D11/12;C25D11/16;C23F3/03;C25D11/24;C25D11/18;C23C14/35;C23C14/06
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種航空鋁合金表面制備潤(rùn)滑及耐磨復(fù)合涂層，屬于金屬材料表面改性技術(shù)領(lǐng)域。首先采用使用恒壓直流陽(yáng)極氧化方法在航空鋁合金涂層表面上制備出形狀規(guī)整、且均勻垂直排列的多孔氧化鋁納米孔陣，最后采用射頻濺射和直流濺射兩種電源系統(tǒng)分別將二硫化鉬和金屬鎢共沉積在多孔氧化鋁納米孔陣上在航空鋁合金上制備出AAO/MoS₂?W復(fù)合強(qiáng)化潤(rùn)滑層。通過(guò)陽(yáng)極氧化法和磁控濺射制備出AAO/MoS₂?W復(fù)合涂層，顯著提高了航空鋁合金的表面涂層力學(xué)強(qiáng)度和表面潤(rùn)滑劑附著時(shí)長(zhǎng)，較大程度上在減少航空鋁合金表面磨損同時(shí)延緩了潤(rùn)滑劑工作壽命，降低了發(fā)生突然失效導(dǎo)致航空鋁合金破裂的情況頻率。

技術(shù)領(lǐng)域

一種航空鋁合金表面制備潤(rùn)滑及耐磨復(fù)合涂層的方法，屬于金屬材料表面改性技術(shù)、納米薄膜制備及力學(xué)特性技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著制造業(yè)的不斷深入發(fā)展，航空鋁合金在汽車(chē)、航空航天、高鐵、大型機(jī)械設(shè)備中存在著廣泛的應(yīng)用。航空鋁合金由于其具有良好的綜合機(jī)械性能，廣泛的應(yīng)用于機(jī)械制造。其中，在緊固件、軸承方面的使用尤其多，但是，由于其硬度和耐磨性較差，在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦，造成磨損，大大降低了其使用壽命。若采用在其表面直接覆膜固體潤(rùn)滑材料，又因?yàn)槠滗X合金活性高，表面存在的氧化層，造成二者的結(jié)合性不好，從而導(dǎo)致固體潤(rùn)滑材料在磨損中易從基體脫落。更重要的是，鋁合金基體較軟，在外在載荷作用下，容易發(fā)生塑性變形，使其上固體潤(rùn)滑材料亦產(chǎn)生變形開(kāi)裂，加速失效。此外，固體潤(rùn)滑材料在暴露大氣下，易被氧化，嚴(yán)重降低了其潤(rùn)滑效果。本研究的附載復(fù)合固體潤(rùn)滑劑的方法，是首先采用恒壓直流二次陽(yáng)極氧化方法在鋁合金表面上制備出形狀規(guī)整、且均勻垂直排列的多孔氧化鋁納米孔陣，由于其強(qiáng)度高、硬度大、耐腐蝕和耐磨性能好，增加的多孔氧化鋁納米孔陣能顯著提高航空鋁合金基體強(qiáng)硬度、有效阻止固體潤(rùn)滑劑中硫元素對(duì)其腐蝕影響。其次是使用采用射頻濺射和直流濺射兩種電源系統(tǒng)分別將二硫化鉬和金屬鎢共沉積在多孔氧化鋁納米孔陣上，在航空鋁合金上制備出AAO/MoS₂-W復(fù)合強(qiáng)化涂層。多孔氧化鋁納米孔陣的優(yōu)勢(shì)在于進(jìn)一步提高鋁合金合金的強(qiáng)硬度，同時(shí)，其和固體潤(rùn)滑材料均為納米級(jí)，二者有著較強(qiáng)的鍵合作用，明顯提高固體潤(rùn)滑材料的附載時(shí)長(zhǎng)，充分發(fā)揮潤(rùn)滑效果，因此是固體潤(rùn)滑材料優(yōu)異的附載空間。此外，金屬鎢顆粒的摻雜，可以有效的改善純二硫化鉬薄膜疏松的結(jié)構(gòu)，大幅提高其致密度，大大延緩二硫化鉬因空氣氧化失效的情況；形成的復(fù)合涂層硬度有所提高，近一步提升了其耐磨性。這種制備潤(rùn)滑及耐磨復(fù)合涂層的工藝，不僅改變了航空鋁合金表面潤(rùn)滑的方式，還使得固體潤(rùn)滑材料得帶有效保護(hù)，極大延長(zhǎng)了其工作壽命，進(jìn)而開(kāi)拓了航空鋁合金應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

一種航空鋁合金表面制備潤(rùn)滑及耐磨復(fù)合涂層的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)首先對(duì)切割好的航空鋁合金進(jìn)行打磨、去除油污、化學(xué)拋光，之后依次采用丙酮、無(wú)水乙醇、去離子水超聲處理。將處理好的鋁合金片浸泡在磷酸和硝酸混合水洗液中進(jìn)行化學(xué)拋光，再用去離子水沖洗干凈，干燥后作為基體材料；

(2)采用恒壓直流陽(yáng)極氧化法制備多孔氧化鋁納米孔陣，以步驟(1)的航空鋁合金作為陽(yáng)極，石墨作為陰極，電解液為磷酸和草酸混合氧化液(優(yōu)選濃度為0.3M磷酸和濃度為0.3M草酸溶液的混合液，體積比磷酸溶液：草酸溶液＝1:3)進(jìn)行第一次氧化，氧化電壓30V-60V，持續(xù)時(shí)間為5h；第一次氧化后，將樣品放入鉻酸溶液(H3PO4 50mL/L和三氧化鉻30g/L)去除氧化層，鉻酸溶液溫度為60-70℃；隨后，將去氧化層后的樣品進(jìn)行第二次氧化，參數(shù)同第一次氧化；最后，將氧化好的樣品進(jìn)行放到酸溶液中擴(kuò)孔處理，酸溶液為0.5％H₃PO₄，溫度為30℃，時(shí)間為30min，得到多孔氧化鋁；

(3)將步驟(2)氧化好多孔氧化鋁孔陣的航空鋁合金置于300℃-500℃的條件下進(jìn)行熱處理，時(shí)間為2h，除去其內(nèi)部存在的水；