[发明专利]一种制备含CaF2自润滑相铁基涂层用粉芯丝材及涂层制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料加工工程中的热喷涂领域，涉及一种粉芯丝材及涂层的制备方法，特别涉及一种用于电弧喷涂制备含CaF₂自润滑相铁基涂层的粉芯丝材及涂层的制备方法，该发明主要应用于固体自润滑、耐磨减摩等工业领域。

背景技术

在工业领域中，许多零部件之间在苛刻的工况下服役，其条件已超越了润滑油或润滑脂的使用极限，因此固体润滑替代传统的液体润滑的方法已被广泛研究。固体润滑的方式大致可分为三大类：固体粉末、固体润滑涂层和整体润滑材料。传统的软金属和其它固体润滑微粒粉末作为减磨覆盖层，强度低，耐磨性差，不能满足性能的综合要求，在这种情况下，固体自润滑复合材料应运而生。这种复合材料可根据工况要求方便地设计成份组成，一方面具有较高的强度和硬度，能够提高接触摩擦副的耐磨性；另一方面又具有自润滑的效果，在摩擦副之间形成固体润滑转移膜，减小摩擦副的摩擦系数和稳定摩擦功耗，实现无油或少油条件下自润滑的目的。因此具有优异综合性能的自润滑复合材料引起了润滑领域的广泛关注并迅速发展起来。

自润滑涂层可以保证基体材料本身具有的优异机械性能的基础上，使基体表面形成一层具有自润滑、耐磨损等综合性能的涂层。采用现代先进热喷涂技术，如等离子喷涂、超音速火焰喷涂等制备自润滑涂层的研究已引起广泛关注。在热喷涂技术中，主要采用等离子喷涂和超音速火焰喷涂来制备自润滑涂层，而采用电弧喷涂制备自润滑涂层在国内外还鲜有报道。

电弧喷涂用粉芯丝材的成分设计更加方便，与等离子喷涂、超音速火焰喷涂用粉末相比，制备工艺简单。经检索国内外未见电弧喷涂制备自润滑涂层用粉芯丝材的专利报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于电弧喷涂制备含CaF₂自润滑相铁基涂层的粉芯丝材及涂层制备方法。利用铁基非晶或纳米晶涂层具备良好的耐磨性提供耐磨骨架，CaF₂性能稳定，在高温下软化而具有润滑性，并且有不擦伤对偶件的特性，该丝材经电弧喷涂在材料表面形成涂层后，涂层中包含一定含量层状分布的CaF₂相，从而获得兼具耐磨性和自润滑性能的涂层。降低金属零部件在摩擦工况下的磨损率、延长服役寿命。

一种用电弧喷涂制备含CaF₂自润滑相铁基涂层的粉芯丝材，其特征在于，所述的粉芯成分质量百分含量范围如下：CaF₂：15-45wt.％；铬铁粉：5-20wt.％；石墨粉：5-15wt.％；硼铁：20-75wt.％；粉芯丝材外皮所用带材为不锈钢带；所述粉芯成分占喷涂丝总重的30-35％。

所述粉芯丝材外皮所用带材为不锈钢带，所述不锈钢带优选304L不锈钢带。

优选所述粉芯丝材药芯成分质量百分含量范围为：CaF₂：30-45wt.％；铬铁粉：10-20wt.％；石墨粉：10-15wt.％；硼铁：30-50wt.％。

进一步优选所述粉芯丝材药芯成分质量百分含量范围为：CaF₂：30-35wt.％；铬铁粉：10-15wt.％；石墨粉：10-15wt.％；硼铁：35-45wt.％。

采用本发明上述粉芯丝材制备一种含CaF₂自润滑相铁基涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，对基体表面进行预处理：基体表面经粒度180目砂纸预磨后，利用粒度为60目棕刚玉，气压0.4-0.6MPa，喷砂枪摆速度5mm/s，进行基体表面喷砂粗化；

步骤2，将粉芯丝材轧制，最终获得直径为2.0mm的粉芯丝材；

步骤3，采用电弧喷涂工艺制备涂层，喷涂工艺参数为：电压28-34V；电流160-220A；喷涂距离：150-200mm；压缩空气压力：0.4-0.6MPa。

步骤3所述喷涂工艺进行优化，将喷涂工艺参数设定为：电压30-32V；电流180-200A；喷涂距离：180mm；压缩空气压力：0.5-0.6MPa，制备涂层。

本发明所述方法制备的一种含CaF₂自润滑相铁基涂层所具有的耐磨性和自润滑性能是其自身组分所决定的。

Fe元素：在地壳中占有较高的质量分数，Fe基非晶或纳米晶合金在保持较高的性价比的同时，又具有优异的耐磨性能，非常适合于制备恶劣服役环境中使用的材料表面强化涂层；

Cr元素：能显著改善钢铁材料的抗氧化性能，增加抗蚀性，是广泛应用于特殊钢中的添加元素；