[发明专利]一种激光微织构表面真空等离子自润滑涂层的制备方法

说明书

一种激光微织构表面真空等离子自润滑涂层的制备方法，包括如下步骤：(1)基材表面预处理；(2)扫描加工微织构；(3)清洗后抽真空；(4)涂层制备；(5)后处理。本发明所述激光微织构表面真空等离子自润滑涂层的制备方法能够降低金属表面的摩擦系数和磨损量，延长织构的作用寿命，而且可以提高涂层的结合力和热疲劳性能。

技术领域

本发明涉及金属表面处理领域，具体地说，涉及一种激光微织构表面真空等离子自润滑涂层的制备方法。

背景技术

机械装备金属表面的性能对其可靠运行发挥着重要的作用，其中表面的摩擦学性能是决定机械零部件的磨损失效能力的关键因素之一。摩擦磨损会造成机械装备零件的表面形状和尺寸在工作过程中缓慢而连续损坏，造成机器的工作性能与可靠性降低。据统计，世界上使用的能源约有30％-50％消耗于摩擦，而摩擦导致的磨损是机械设备失效的主要原因，大约有80％的损坏零件是由于各种形式的磨损引起的。

目前表面改性技术中，基于表面仿生的表面织构化技术是当前极具潜力的提高表面耐磨性的方法，然而在较为恶劣的干摩擦工况下，织构本身的结构性磨蚀损耗严重，降低了材料表面的服役寿命。因此，考虑在涂层表面制备特殊涂层，为织构提供保护的同时降低摩擦损耗。目前多种固体自润滑材料中Mo具有较高的热导率和较低的热扩散率，在摩擦高热的工况中仍能够持续工作，其优异的表面耐磨性能使其特别适合工作于滑动干摩擦条件下，但是目前涂层的制备技术不尽理想，主要问题是与基体表面的结合力不强，而且长时间摩擦磨损情况下涂Mo层的开裂、脱落会愈加严重。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种表面织构与等离子喷涂自润滑复合减磨涂层的制备方法。在所述制备方法中，一方面固体自润滑涂层的存在能够降低摩擦系数，延长织构作用寿命，另一方面织构的引入能够存储润滑材料，可向涂层提供持续润滑，并且织构可以提高涂层结合力和热疲劳性能。

为实现上述目的，本发明提供一种激光微织构表面真空等离子自润滑涂层的制备方法，包括如下步骤：

(1)基材表面预处理

对基材表面进行清洁和喷砂预处理；

(2)扫描加工微织构

用固体脉冲激光器在基材表面扫描加工微织构，织构形状为正弦曲线，加工行进方向垂直于基材的工作方向；

(3)清洗后抽真空

对步骤(2)织构加工后的基材表面进行超声清洗，清洗后放入真空室并抽真空；

(4)涂层制备

在真空状态下，利用等离子热喷涂工艺对基材表面进行涂层制备，首先喷涂制备NiAlMo结合层，然后再喷涂制备Mo自润滑层；

(5)后处理

将步骤(4)所得喷涂后的基材自然冷却至室温，用压缩空气除去涂层表面杂质。

优选地，步骤(1)所述喷砂工艺选用Al₂O₃或SiO₂颗粒，喷砂后基材表面的粗糙度值为Ra＝3-5μm。

优选地，步骤(2)所述固体脉冲激光器为脉冲Nd:YAG激光器，扫描速度为250-270mm/s，光斑直径为100-200μm，脉冲宽度为100-200ns，脉冲频率为20-30kHz。

优选地，步骤(2)所述微织构曲线的宽度为150-300μm，深度为50-70μm。

优选地，步骤(2)所述微织构曲线等间距平行分布，间距为3-4mm。

优选地，步骤(4)所述NiAlMo结合层的厚度为20-40μm，Mo自润滑层的厚度为50-80μm。