[发明专利]金属表面纳米铜\微合金层自润滑耐磨蚀复合改性方法

说明书

本发明提供了一种金属表面纳米铜\微合金层自润滑耐磨蚀复合改性方法，包括如下步骤：将纳米氧化铜、粘结剂均匀混合形成浆料，通过添加无水乙醇调节浆料粘稠度，获得改性纳米氧化铜浆料；将改性纳米氧化铜浆料涂覆在工件表面；将干燥后的工件放入气体渗氮炉中进行表面原位还原及表面渗氮处理。本发明利用气体氮化过程中产生的氢气和活性氮原子，通过对涂敷在零件表层纳米氧化铜的还原，不仅实现了零件氮化，获得了较硬的渗氮层，同时在表面还获得了纳米铜涂层，且提高了铜涂层的抗剥落能力，同时原位形成的纳米铜具有自润滑性。本发明所述方法处理温度低，工件变形小，能够满足精密零部件处理需求，成产本低，对环境无污染。

技术领域

本发明涉及金属表面处理技术领域，特别是一种金属表面纳米铜\微合金层自润滑耐磨蚀复合改性方法。

背景技术

铜具有高导电(电阻率1.724×10^-8Ω·m)、高导热性(热导率373.56W·(m·K)^-1)、耐腐蚀性、适宜的强度(200～360MPa)、易加工成形性等综合物理、力学性能。纯铜是无磁性金属，铜的可镀性很好。同时，铜能抑制细菌等微生物的生长，水中99％的细菌在铜环境里5h就会全部被灭杀。因此，铜在机械零部件减磨、抗菌和电子电力仪表等行业中广泛应用。

其中，纳米铜具有显著的自润滑和减磨特性。纳米铜颗粒作为润滑油添加剂在改善摩擦副的润滑、降低摩擦磨损、提高传动效率、减少污染和延长寿命等方面具有广阔的应用前景。

目前，金属零件表面铜层改性方法众多，其中最常用的是电镀铜。目前镀铜工艺生产上应用较多的有氰化镀铜、焦磷酸盐镀铜和硫酸盐镀铜工艺。氰化物镀铜是应用最早和最广泛的镀铜工艺方法，但是其耗电能多，而且氰化物镀铜存在着毒性较大的缺点，同时还必须考虑废水和废气的处理，不利于节能环保。焦磷酸盐镀铜工艺中成分较简单，溶液稳定，电流效率较高，分散能力和覆盖能力好，镀层结晶细致，并能获得较厚的镀层，但是焦磷酸盐镀铜后的镀层易出现毛刺，影响到镀铜效果。硫酸盐镀铜具有成分简单、镀液的整平性好、电流效率高、沉积速率快、镀层柔韧光亮且与其他金属镀层结合力强、工作时无刺激性气体逸出等的优点，但是其仍然需要外接电源，不利于节能环保。

此外，电镀废水处理是当前环保领域的重要任务和课题之一。化学镀铜废液中含有一定浓度的铜离子，而且是以络合物的形式存在，直接排放会对环境造成严重污染。

由此可见，电镀铜目前虽然在企业广泛应用，但其面临的环保问题依然严峻。专利号CN2015105710181的发明专利公开了一种机械镀铜及铜合金工艺，机械镀铜解决了电镀镀铜镀液污染问题，但由于工艺所限，其只适合中小零部件表面机械镀铜，对大型零部件和零件内腔难以实施机械镀工艺。

金属工件表面氮化可以获得高的表面硬度，提高其耐磨性。另外，氮化化合物层也具有一定的化学稳定性，可以用于防止工件受湿空气、过热蒸汽、大气等的腐蚀，取代部分金属表面镀铬、镀镍处理。例如，38CrMoAl渗氮后工件表面硬度可达HV850～1200。QT500-7曲轴渗氮后表面硬度可以到达HV700～800。气体渗氮工件畸变小，可用于精度要求高、又有耐磨要求的零件，如镗床镗杆和主轴、磨床主轴、气缸套筒等。但单纯的渗氮层较薄，不适于承受重载的耐磨零件。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种金属表面纳米铜\微合金层自润滑耐磨蚀复合改性方法，解决了电镀铜工艺能耗高、环境污染的问题，且该工艺的实施不受工件尺寸的限制，有很广的适用性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种金属表面纳米铜\微合金层自润滑耐磨蚀复合改性方法，包括如下步骤：

S1将纳米氧化铜、粘结剂均匀混合形成浆料，通过添加无水乙醇调节浆料粘稠度，获得改性纳米氧化铜浆料；

S2将改性纳米氧化铜浆料涂覆在工件表面，然后将工件放置在干燥箱内干燥或自然干燥；