[发明专利]一种多元复合硫化物固体润滑膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种多元复合硫化物固体润滑膜，所述多元复合硫化物固体润滑膜是在高熵合金表面进行渗硫处理制得。所述高熵合金由Co、Cr、Fe、Ni、Mo五种金属元素或Co、Cr、Fe、Ni、Mo、W六种金属元素组成。本发明所述的多元复合硫化物固体润滑膜主要应用与机械设备的摩擦副表面，润滑膜与渗硫基体结合强度高，并能够根据设备的服役环境选择制备含有不同种类硫化物润滑相的多元复合硫化物固体润滑膜。

技术领域

本发明涉及金属材料表面处理技术领域，具体涉及一种多元复合硫化物固体润滑膜及其制备方法。

背景技术

摩擦导致的磨损是导致机械设备失效的主要原因，目前全球大约有80％的零件损坏是由各种形式的磨损引起的。因此，减少磨损，选用适当的润滑材料是提高设备使用效率的关键。随着现代工业特别是航天技术、原子能工业的发展，要求机械设备零件能够在超高温、超低温、高真空、强辐射、超高压等苛刻条件下进行工作。这些苛刻条件都超出了润滑油、润滑脂作用的极限，而固体润滑膜的使用能够有效减小摩擦副在上述苛刻条件下的摩擦系数，体现出较好的润滑效果。

利用离子渗硫技术在材料表面制备的FeS、WS₂、MoS₂等硫化物膜能够有效避免摩擦副之间的直接接触，减少磨损；而且FeS、WS₂、MoS₂具有层状六方结构，层与层之间的剪切强度低，能够有效提高摩擦副材料表面的减摩耐磨性能，是目前应用比较广泛的固体润滑膜。

相较与单一润滑相固体润滑膜，复合相固体润滑膜能够集中并优化不同固体润滑相的优点，表现出更低的摩擦系数和更广的适用范围，成为制备理想润滑膜的关键途径。中国专利CN201110150730.6公开了一种复合硫化物固体润滑膜层，将激光熔覆与低温粒子渗硫技术相结合，利用Ni基金属陶瓷粉末与基体实现冶金结合，形成的熔覆层中富含Fe、W、Mo元素，渗硫后制得复合硫化物固体润滑膜层，其摩擦系数和磨痕深度都较小，并且结构紧密，具有良好的耐磨、耐蚀及减摩润滑的性能。但是其润滑膜层较薄、不均匀，在运输和保存过程中易被损坏。而且其固体润滑膜层与熔覆层的结合不够紧密，长时间使用极易发生局部层状脱落。此外，Ni基金属陶瓷表面制备的硫化物层主要以FeS相为主，得到的WS2相及MoS2相极少，不能够充分发挥复合相固体润滑膜的优势。并且，在高温条件下，Ni基金属陶瓷涂层并不能给硫化物固体润滑膜提供有效的支撑。以及其他高熵合金粉末替代金属陶瓷粉末的优势，耐高温，硬度高等。

国内研究人员采用超声滚压纳米化方法，将激光熔覆层纳米化，再作低温离子渗硫，制备了镍基硫化物固体润滑层，摩擦系数为0.45，磨损失重约为0.80mg，耐磨性能明显提高(镍基激光熔覆层纳米化、低温离子渗硫后的摩擦学性能，韩彬，材料保护，2015,48,5)。但是，这些报道为了获得良好的润滑性能而忽略了材料的强度，因此使用条件受到了强度的限制。

最近几年，台湾学者提出了新的合金设计理念，即高熵合金，该合金是由5种或5种以上元素组成，其中每种元素的原子分数至少大于5％，但不超过35％。传统概念的固溶体特性是具有较好的塑性变形能力，但硬度和强度较低，通常只能作为基体相，而基于多主元构成高熵合金形成的固溶体有着较高的强度和硬度，甚至高于非晶合金的强度，同时还具有良好的热稳定性和耐磨耐蚀特性，为新型结构材料的设计提供了丰富的空间。目前，已经有很多研究，利用高熵合金的有益性能，制备高熵合金熔覆层降低了大型零件的成本，且满足了高强度的应用需要。

飞速发展的工业、航空航天等领域对固体润滑效率的要求不断提高，固体润滑膜的种类需要不断拓展，且固体润滑膜对苛刻工况的适应性需要不断加强。在这种背景下，对固体润滑膜的使用的温度范围，载荷范围以及摩擦速度范围提出了更高的要求。因此，润滑效率更高，热稳定和耐磨蚀性更好，制备工艺更加简单的复合润滑相固体润滑膜的制备已成为材料学家研究的重点内容。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种制备工艺简单，减摩耐磨性能优异并且包含多种硫化物润滑相的多元复合硫化物固体润滑膜。