[发明专利]一种自润滑耐磨涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种兼具自润滑和耐磨功能的复合涂层及其制备方法，属于防护材料技术领域。

背景技术

机械制造和尖端技术的发展与材料的性能所达到的最大极限息息相关，但是随着材料所承受的工作应力和工作温度的不断提高，常使材料在没有达到使用极限之前就由于磨损而导致失效。在美国，1985年由于磨损造成的损失估计达200亿美元。[Budinski K. G., Surface Engineering for Wear Resistance. Prentice Hall. N. J. USA. 1988.] 若把磨损和腐蚀造成的损失算在一起，估计达到2000亿美元。[Bernecki T. F.. Ceramic Industry. 1989, 10: 39.] 在德国，专家们估计每年由于磨损和腐蚀造成的损失大约占社会生产总值的5%。[Lugscheider E., Proc. of the Nat. Thermal Spray Conf. Florida. USA. 1987:105.] 据德国Vogelpohl教授预测，全世界生产能源的1/3到1/2损失在摩擦磨损上，[Fuller D D. Theory and Practice of Lubrication Engineer. John Wiley&Sons, 1986.] 英国H.P.Jost教授指出，世界消费能源的30%~40%消耗在摩擦磨损上。[欧风. 合理润滑技术手册. 石油工业出版社, 1993: 5.] 因此探索减少和防止磨损、腐蚀的方法及技术具有重大的社会意义和经济效益。

碳化钨（WC）作为耐磨材料具有熔点高，硬度高（特别是热硬度高），化学性能稳定等典型的陶瓷材料的特点。并且钴（Co）熔体对碳化钨的润湿性最好，以碳化钨钴（WC-Co）为代表的金属-陶瓷复合涂层的制备受到研究者们的高度重视。但WC-Co涂层硬度高，会对对偶件产生严重的摩擦磨损，间接增加了磨损量。碱土金属氟化物（CaF₂，BaF₂及62wt.%BaF₂-38wt.%CaF₂共晶体）大约在400℃时，经历了从易碎到易延展的转变，减少了本身的切变强度，提高了作为高温固体润滑剂的能力，在超过400℃时表现出良好的固体润滑性能。金属铜具有很好的导热性、韧性、延展性和可塑性，熔点较高（1085℃），在缺氧或空气条件下，与稀硫酸或有机酸不发生反应，氧化产物Cu₂O具有一定润滑作用。另外，铜原料来源广泛，价格低廉。鉴于此，本发明期望通过在碳化钨钴中同时加入碱土金属氟化物和铜固体润滑剂，降低涂层的摩擦系数和磨损率。

至今，碳化钨钴-铜-氟化物自润滑耐磨涂层以及采用大气等离子喷涂技术制备此类复合涂层尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳化钨钴-铜-氟化物自润滑耐磨涂层及其制备方法。

本发明的自润滑耐磨涂层，涂层组分为碳化钨钴、铜和氟化物；涂层厚度为100-500μm；涂层组分重量百分比为碳化钨钴60-80%，铜10-30%，余量为氟化物。

涂层组分重量百分比为碳化钨钴75-80%，铜10-15%，余量为氟化物。

本发明制备所述自润滑耐磨涂层的方法包括如下步骤：

a、将碳化钨钴粉、铜粉和氟化物粉在无水乙醇介质中进行球磨混合，控制球磨转速为100-150 r/min，混合时间为24-48小时；

b、将上述混合粉末在40-80℃下烘干，烘干后粉末在真空中烧结，烧结温度为1000-1200℃，恒温时间为1-3小时；

c、将烧结后块体破碎形成粉体，所述粉体的粒径不大于75μm；

d、以步骤c所得粉体为原料，采用大气等离子喷涂方法制备成涂层。

所用碳化钨钴粉的平均粒度为15-45μm，碳化钨晶粒尺寸为200-800nm，钴含量为10-14%；所用铜粉的平均粒度为15-50μm；所用氟化物粉的平均粒度为1-6μm；所用氟化物粉包括CaF₂或BaF₂或组成为62%BaF₂-38%CaF₂的共晶体。