[发明专利]一种金属表面耐磨减摩氧化锆陶瓷涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种金属表面耐磨减摩氧化锆陶瓷涂层及其制备方法，其制备方法为：氧化锆纳米粉末和二硫化钨纳米粉末加入至氧化锆溶胶中制备获得氧化锆复合浆料，将氧化锆复合浆料在电场力作用下形成微米级的射流，并雾化成纳米级液滴，在金属基体上沉积出氧化锆陶瓷涂层前体，将氧化锆陶瓷涂层前体进行真空煅烧后即可在金属表面获得氧化锆陶瓷涂层。本发明制备的陶瓷涂层能够综合ZrO₂和WS₂的优良性能，具有摩擦系数低、化学性质稳定、耐磨寿命长、耐高温等优点。

技术领域

本发明涉及一种金属表面材料，具体涉及一种金属表面耐磨减摩陶氧化锆瓷涂层及其制备方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明有关的背景信息，而不必然构成现有技术。

磨损是金属材料失效的三大形式之一。据统计，每年由于摩擦与磨损所消耗的能源占总消耗能源的30％～50％。因此，为了降低发生在两接触表面的摩擦和磨损带来的材料损失，耐磨涂层得到了广泛关注和迅速发展。采用合理的工艺在金属表面涂覆陶瓷涂层是金属表面防护和强化的有效途径。ZrO₂陶瓷具有和金属相近的热膨胀系数，强度、硬度高，化学性质稳定，具有较长的耐磨寿命，是优良的耐磨涂层材料。但是常温下陶瓷涂层的摩擦系数较高(0.5-0.6)，磨损量较大(～10^-6mm³/Nm)，高摩擦系数常常伴随着大量摩擦热及热应力，引起陶瓷涂层开裂、疲劳磨损。之前有人将碳纳米管(CNT)用于陶瓷涂层耐磨领域改性的报道，CNT作为一维碳材料，虽具有优良的力学、热学和电学性能，但其本身的润滑性能在改善陶瓷耐磨性能方面不够理想，有文献报道添加碳纳米管可能会使体系的摩擦系数增大，并且从应用角度来看，CNT的成本昂贵。

二硫化钨(WS₂)是一种二维面层状结构材料，具有良好润滑性能(摩擦系数0.03-0.05)。WS₂在空气中稳定，在水、醇、油脂中不溶解不产生化学反应，不受辐射影响，能抵抗硝酸和硫酸的侵蚀，对金属表面有很好的吸附性能，不与金属表面起化学反应，具有良好的热稳定性，能适应1200℃以上的工作温度范围。

然而，如何将二氧化钨掺入在氧化锆陶瓷涂层，才能使增加氧化锆陶瓷涂层的耐磨减摩性能，现有文献中并没有相关报道。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的一方面是提供一种金属表面耐磨减摩氧化锆陶瓷涂层的制备方法，其制备的陶瓷涂层能够综合ZrO₂和WS₂的优良性能，具有摩擦系数低、化学性质稳定、耐磨寿命长、耐高温等优点。

一种金属表面耐磨减摩氧化锆陶瓷涂层的制备方法，将氧化锆纳米粉末和二硫化钨纳米粉末加入至氧化锆溶胶中制备获得氧化锆复合浆料，将氧化锆复合浆料在电场力作用下形成微米级的射流，并雾化成纳米级液滴，在金属基体上沉积出氧化锆陶瓷涂层前体，将氧化锆陶瓷涂层前体进行真空煅烧后即可在金属表面获得氧化锆陶瓷涂层。

本发明将氧化锆原料分为两部分，一部分采用氧化锆溶胶，另一部分氧化锆纳米粉末，保证在制备的涂层中含有两种氧化锆晶型，当采用电场力形成微米级射流，并雾化为纳米级液滴进行沉积时，能够使涂层中的氧化锆的晶型分别为四方晶系和单斜晶系，同时采用二硫化钨纳米粉末，四方晶系和单斜晶系的氧化锆能够协同二硫化钨纳米粉末使得涂层能够综合ZrO₂和WS₂的优良性能，具有摩擦系数低、化学性质稳定、耐磨寿命长、耐高温等优点。

本发明的另一方面提供了一种上述制备方法获得的陶瓷涂层。该陶瓷涂层具有摩擦系数低、化学性质稳定、耐磨寿命长、耐高温等优点。

本发明的第三方面提供了一种上述制备方法在制备耐磨工件中的应用。

本发明的有益效果为：