[發(fā)明專利]攪拌摩擦焊頭用超硬自潤滑納米復(fù)合涂層及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110252624.2
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN112626468B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李建軍;范鵬;朱恩光
• 申請（專利權(quán)）人: 愛柯迪股份有限公司
• 主分類號: C23C14/32
• 分類號: C23C14/32;B23K35/40;C23C14/06
• 代理公司: 浙江素豪律師事務(wù)所 33248
• 代理人: 邱積權(quán)

本發(fā)明公開了一種攪拌摩擦焊頭用超硬自潤滑納米復(fù)合涂層及制備方法，包括依次附著在攪拌摩擦焊頭以外的結(jié)合層、過渡層、支撐層和自潤滑層，結(jié)合層為電弧離子鍍方法高能轟擊制備的AlCrSiN納米晶?非晶層，過渡層為AlCrSiCN過渡金屬氮碳化物納米晶?非晶陶瓷層，支撐層為AlCrSiCN/CrCN納米多層，自潤滑層為AlCrSiCx/CrCx納米多層，本發(fā)明采用梯度復(fù)合涂層技術(shù)，從基體表面氮化物開始到最表面的碳化物涂層，形成結(jié)構(gòu)和成分漸變，涂層和基體為冶金結(jié)合，具有良好的附著力；將高硬度的AlCrSiCx和CrCx良好的潤滑性能的富碳的納米晶復(fù)合類金剛石結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)合，可以使碳化物層韌化和耐溫性提高，進(jìn)一步提高其耐磨性和高溫?zé)岱€(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種表面強(qiáng)化技術(shù)，尤其涉及一種攪拌摩擦焊頭用超硬自潤滑納米復(fù)合涂層及制備方法。

背景技術(shù)

攪拌摩擦焊技術(shù)是英國焊接研究所于1991年發(fā)明的。首先在鋁合金、鎂合金等輕金屬結(jié)構(gòu)領(lǐng)域得到應(yīng)用，近年也有將其應(yīng)用于熔點(diǎn)較高的材料。攪拌摩擦焊在鋁合金上的應(yīng)用不僅涉及到各種材料的焊接，還研究了大范圍的異種鋁合金的焊接。攪拌摩擦焊方法與普通的電弧焊或者激光焊接不同，攪拌摩擦焊是利用摩擦熱與塑性變形熱作為焊接熱源，從而使連接部位的材料溫度升高軟化并對材料進(jìn)行攪拌摩擦來完成焊接的。攪拌摩擦焊對設(shè)備的要求并不高，最基本的要求是焊頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和工件的相對運(yùn)動，即使一臺銑床也可簡單地達(dá)到小型平板對接焊的要求。

攪拌頭是攪拌摩擦焊中極其重要的部件，攪拌頭的壽命直接決定了焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性。攬拌摩擦焊接過程中攪拌頭工況比較惡劣，處于高溫高壓的環(huán)境。攪拌頭的材料、形狀尺寸等的選擇都會對攪拌頭的壽命以及焊接過程產(chǎn)生影響。攪拌頭材料的選擇也會通過影響產(chǎn)熱和傳熱等因素進(jìn)而反過來影響焊接質(zhì)量。此外攪拌頭的材料還可能會影響焊縫的微觀組織。

目前攪拌頭材料主要有工具鋼、熱作模具鋼H13、聚晶立方氮化硼和硬質(zhì)合金等。攪拌頭和材料之間的摩擦?xí)逛X合金材料黏附到攪拌頭表面。如果攪拌頭表面的螺紋被鋁合金填滿，則在焊接過程中經(jīng)常會導(dǎo)致摩擦力降低，影響焊接過程。為此需要降低攪拌頭表面和鋁之間的摩擦。傳統(tǒng)降低摩擦系數(shù)的方式是往摩擦界面上進(jìn)行潤滑劑的添加。但焊接過程中摩擦頭表面被鋁液緊密包裹，無法進(jìn)行潤滑。為此攪拌頭用新型耐高溫潤滑薄膜材料的開發(fā)具有重要價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有良好的自潤滑性能和高耐磨性的攪拌摩擦焊頭用超硬自潤滑納米復(fù)合涂層，進(jìn)一步地提供一種攪拌摩擦焊頭用超硬自潤滑納米復(fù)合涂層的表面涂層的制備方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：攪拌摩擦焊頭用超硬自潤滑納米復(fù)合涂層，包括依次附著在攪拌摩擦焊頭以外的結(jié)合層、過渡層、支撐層和自潤滑層，所述的結(jié)合層為電弧離子鍍方法高能轟擊制備的AlCrSiN納米晶-非晶層，過渡層為AlCrSiCN過渡金屬氮碳化物納米晶-非晶陶瓷層，支撐層為AlCrSiCN/CrCN納米多層，自潤滑層為AlCrSiCx/CrCx納米多層。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案為：所述的結(jié)合層的AlCrN納米晶的直徑為3-20納米，所述的結(jié)合層的SiNx非晶層的厚度為1-10納米，所述的結(jié)合層的涂層厚度為50-1000納米。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案為：所述的過渡層的AlCrCN納米晶的直徑為5-25納米，所述的過渡層的SiCN非晶層的厚度為1-5納米，所述的過渡層的涂層厚度為500-1500納米。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案為：所述的支撐層由AlCrSiCN單層和CrCN單層交替形成，所述的AlCrSiCN單層厚為3-15納米，所述的CrCN單層厚度為5-20納米，所述的支撐層的調(diào)制周期為8-35納米，所述的支撐層的涂層厚度為200-2000納米。