[发明专利]一种低压冷喷涂铜基自润滑涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低压冷喷涂铜基自润滑涂层，该涂层由重量百分含量为10%～30%的铜包石墨、8%～12%的氧化铝及余量铜组成。本发明还公开了该涂层在304不锈钢表面采用低压冷喷涂技术制备。本发明所述涂层组织结构均匀，涂层与基底结合良好，并具有优良的力学、润滑和抗磨损性能。此外，涂层的制备技术绿色环保、操作方便、可控性好；涂层在无油或乏油环境下作为润滑部件具有广阔的应用前景和重要的实用价值。

技术领域

本发明涉及一种低压冷喷涂铜基自润滑涂层及其制备方法，属于金属材料表面润滑与防护技术领域。

背景技术

在机械工程、能源化工及装备制造业等领域，机械系统中运动部件的摩擦磨损问题严重影响了整个系统的精密性、可靠性和使用寿命。因此，在常用的金属材料表面制备具有良好自润滑性能且兼具较好机械性能的涂层具有广泛的应用需求和重要的应用价值。软金属铜在摩擦过程中因其良好的延展与易剪切等特性能够起到良好的润滑效果；但是在铜涂层的制备过程中存在氧化、硬度较低与承载能力较差等问题，在一定程度上限制了其使用范围。

低压（≤1.0 MPa）冷喷涂涂层制备技术是一种以压缩气体（空气、N₂、He或其混合气体）作为加速介质，基于气体动力学原理在喷涂过程中带动喷涂粉末以极高的速度碰撞基底，使粉末发生塑性变形沉积而形成涂层的新型喷涂技术。与其它涂层制备技术相比，其设备装置操作使用方便、喷涂温度较低，对基底材料热损伤小，还可有效解决喷涂过程中材料因温度过高而发生的相变、分解及氧化等问题。

近几年来在铜基自润滑涂层的研究中，文献[Tribology letter 2016, 62(9):1-12]采用高压（＞1.0 MPa）冷喷涂制备的Cu-MoS₂复合涂层与纯铜涂层相比具有良好的润滑效果但同时也存在磨损严重等缺点；文献[Wear 2015, 336-337:96-107]制备的Cu-Al₂O₃复合涂层能够显著改善纯铜涂层的耐磨损性能，但润滑效果不明显。然而，低压冷喷涂所用粉末一般是由软质金属（如Cu、Ag、Al及Zn等）和硬质陶瓷相（如Al₂O₃、WC等）组成的混合粉末，其中硬质陶瓷相可有效提高涂层的硬度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低压冷喷涂铜基自润滑涂层及其制备方法。

本发明利用低压冷喷涂技术在304不锈钢基底上制备软金属Cu/耐磨相（Al₂O₃）及固体润滑相（铜包石墨）的铜基自润滑涂层材料，实现涂层良好的润滑性能和耐磨损性能。

一种低压冷喷涂铜基自润滑涂层，其特征在于该涂层由重量百分含量为10%～30%的铜包石墨、8%～12%的氧化铝及余量铜组成。

所述铜包石墨中石墨含量为50%。

如上所述低压冷喷涂铜基自润滑涂层的制备方法，其特征在于：将电解枝状铜粉、多边形氧化铝粉和片状铜包石墨粉的混合粉末作为喷涂粉原料进行喷涂；其制备工艺如下：

1）将电解枝状铜粉、多边形氧化铝粉、片状铜包石墨粉混合均匀后在75～80 °C干燥1～2 h；

2）将304不锈钢片基底材料经过300～500目碳化钨砂纸抛光后，在丙酮溶液中超声清洗表面的磨屑及油污；再用低压冷喷涂设备调节压缩空气压力为0.70～0.85 MPa，气体温度为室温，喷砂粒子为80～100目的多边形氧化铝，喷砂角度为40°～50°，喷砂距离为25～30 mm，喷砂移动速度为25～35 mm/s，去除基底材料表面的氧化膜；