[發明專利]一種自潤滑鋯基非晶合金及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202110198331.0
• 申請日: 2021-02-22
• 公開（公告）號: CN113005498A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 李慕勤;邢芷瑄;王晶彥;邸可欣;熊鑫;劉奇聰;莊明輝;馬振
• 申請（專利權）人: 佳木斯大學
• 主分類號: C25D11/26
• 分類號: C25D11/26;C08G73/06
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 趙曉琳

本發明采用超聲微弧氧化的方式可以在鋯基非晶合金表面形成氧化鋯和少量氧化鋁相混合的陶瓷涂層，其中氧化鋯的晶相為m?ZrO₂和t?ZrO₂，可使涂層具有高硬度的特性；超聲微弧氧化后形成的涂層中存在裂紋和微孔，納米石墨烯可進入微孔和裂紋中，達到減磨、潤滑和自修復的作用，提高涂層的耐磨性；多巴胺自聚合形成含納米石墨烯聚多巴胺膜，實現對涂層裂紋及孔隙的修復，提高涂層的自潤滑性能，降低涂層的摩擦系數，提高鋯基非晶合金的使用壽命。實施例的結果顯示，自潤滑鋯基非晶合金的硬度≥800HV，磨損失重量≤0.02，極限載荷≥11N，摩擦系數≤0.5，抗摩擦磨損性能優異。

技術領域

本發明涉及合金陶瓷材料技術領域，尤其涉及一種自潤滑鋯基非晶合金及其制備方法和應用。

背景技術

鋯基非晶合金具有高強度(壓縮屈服強度約為2GPa)、高硬度(HRC〉50)、高斷裂韌性、低彈性模量(50-100GPa)、優異的耐腐蝕性、良好的抗疲勞性能以及良好的生物相容性等，是現有非晶合金體系中最具應用價值的高強度結構材料，在航天航空、汽車、精密制造、電子通訊與計算機、生物醫學等領域將有更廣泛的應用前景。因此，已成為當前材料學領域研究的熱點與前沿，在作為新一代高性能的材料領域上吸引著越來越多國內外研究者的深入研究。

鋯基非晶合金的種類很多，以鋯為主，含有鋁、鈦、鎳、銅等多種元素，如Zr68Nb4.5Cu12Ni11Al4Y0.5合金等，可制備成板材、棒材及加工成不同零部件等。但是由于鋯基非晶合金的自潤滑性能和耐摩擦磨損性能差，需要在合金表面制備自潤滑ZrO₂陶瓷層來提高其自潤滑性能，但研究中發現，形成ZrO₂陶瓷層主要是由單斜相M-ZrO₂和四方相T-ZrO₂構成，在發生相轉變時，與馬氏體轉變相似，由于晶格常數不同，體積發生膨脹，產生組織應力，造成涂層裂紋大量產生及涂層剝離。因此，需要提供一種自潤滑性能好且不易產生裂紋的鋯基非晶合金。

發明內容

本發明的目的在于提供一種自潤滑鋯基非晶合金及其制備方法和應用，本發明提供的自潤滑鋯基非晶合金的摩擦系數低，自潤滑性能好，能夠應用于軸類零件中，且不易磨損，使用壽命長。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種自潤滑鋯基非晶合金的制備方法，包括以下步驟：

(1)以鋯基非晶合金為陽極，以電解液槽體為陰極，對鋯基非晶合金進行超聲微弧氧化，得到微弧氧化鋯基非晶合金；

所述超聲微弧氧化用電解液的組成包括鋁酸鹽，硅酸鹽/磷酸鹽，硼酸鹽，氫氧化鈉，乙二胺四乙酸和水；

(2)將所述步驟(1)得到的微弧氧化鋯基非晶合金浸入到多巴胺溶液中進行自聚合成膜，得到自潤滑鋯基非晶合金；

所述多巴胺溶液的組成包括多巴胺、納米石墨烯、石墨烯分散劑和水。

優選地，所述步驟(1)中超聲微弧氧化的正電壓為300～550V，負電壓為0～150V，脈沖頻率為200～600Hz，脈沖寬度為35～100μm，所述微弧氧化的時間為10～40min。

優選地，所述步驟(1)中超聲微弧氧化的超聲功率為60～120W。

優選地，所述步驟(1)中電解液的組成包括鋁酸鹽20～50g/L，氫氧化鈉2～10g/L，乙二胺四乙酸1～3g/L和余量的水。

優選地，所述步驟(1)的電解液中還包括納米氧化石墨烯，所述納米氧化石墨烯的濃度為0.1～1g/L。

優選地，所述步驟(2)多巴胺溶液中多巴胺的濃度為1～5g/L，納米石墨烯的濃度為0.1～2g/L。

優選地，所述步驟(2)中多巴胺溶液的pH值為8～8.5。