[发明专利]一种碳化硅基自润滑复合涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳化硅基自润滑复合涂层及其制备方法，属于润滑涂层技术领域。本发明通过高温氯化处理在碳化硅基材表面生成原位多孔碳涂层，然后利用聚四氟乙烯复合液进行真空浸渍，将具有自润滑性的聚四氟乙烯复合液浸入至原位多孔碳涂层的多孔结构中，再通过真空热处理获得自润滑复合涂层。本发明制备过程简单，复合涂层自润滑性能好，在与钢在干摩擦条件下对磨时摩擦系数低于0.1。本发明的复合润滑涂层解决了碳化硅工件的润滑问题，为碳化硅基滑动工件提供润滑防护。

技术领域

本发明涉及润滑涂层技术领域，具体涉及一种碳化硅基自润滑复合涂层及其制备方法。

背景技术

工程陶瓷碳化硅(SiC)具有强度高、硬度大、耐高温、耐腐蚀等优良特性，已被应用于机械密封、水润滑轴承等摩擦副部件。但是，较大的摩擦系数制约了SiC陶瓷在机械领域更广泛的应用。在干摩擦条件下，其与钢对磨的摩擦系数超过了0.5。在水润滑条件下，得益于摩擦化学产物SiO₂及其氢化物在接触表面起到的润滑作用，其摩擦系数在通常情况下低于0.1。然而在实际工况中，瞬间的润滑失效、偶然的过载、频繁启停等情况都会导致摩擦系数升高，发生严重的磨损。因此，探索新的润滑技术，制备高性能的新型固体润滑涂层，为SiC工件提供有效的润滑防护具有非常重要的应用意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳化硅基自润滑复合涂层及其制备方法，以解决现有自润滑涂层润滑性不高、易瞬间润滑失效以及润滑性与耐磨性和机械强度不能兼顾的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种碳化硅基自润滑复合涂层的制备方法，包括：

(1)将经过预处理的碳化硅基材于真空或惰性气氛下通入氯气并在1000-1100℃下反应1-2h，在碳化硅基材表面获得原位多孔碳涂层；

(2)将具有原位多孔碳涂层的碳化硅基材于真空环境中在固含量为45-55wt％的聚四氟乙烯复合液中浸渍2-3h；其中，聚四氟乙烯复合液中的固相包括：按照重量份计，聚四氟乙烯100份、纳米碳化硅粉5-10份和碳纳米管20-30份；

(3)将经过步骤(2)处理后的碳化硅基才于真空环境中在330-400℃下处理1-2h，制得碳化硅基自润滑复合涂层。

本发明通过高温氯化处理在碳化硅基材表面生成原位多孔碳涂层，然后利用聚四氟乙烯复合液进行真空浸渍，将具有自润滑性的聚四氟乙烯复合液浸入至原位多孔碳涂层的多孔结构中，再通过真空热处理获得自润滑复合涂层。本发明的原位多孔碳涂层生长在碳化硅基材表面，与碳化硅基材之间没有内应力，结合强度高；通过浸渍聚四氟乙烯复合液，一方面填充了原位多孔碳涂层的多孔结构，降低孔隙率，提高了涂层的致密度和强度，增大基材的承受能力，另一方面由于聚四氟乙烯复合液具有优良的润滑性能，进一步提高了碳涂层的润滑性能，降低了在干摩擦条件下的摩擦系数；再者通过真空热处理将聚四氟乙烯复合液固化在原位多孔碳涂层中，整个自润滑复合涂层内部结合紧密，强度高，同时由于原位多孔碳涂层的过渡作用，保证了自润滑复合层与基材之间的结合强度，使整个自润滑复合层与基材连接为一个整体，不会出现瞬间润滑失效的情形。

在提高润滑性能方面，本发明的聚四氟乙烯复合液以聚四氟乙烯为主，作为主要润滑剂使用，利用聚四氟乙烯的优良润滑作用为整个自润滑复合层(以下简称复合层)保证良好的润滑基础。同时，本发明在复合液中加入碳纳米管，在复合液与碳化硅基材结合时，碳纳米管以网络和缠绕形态均匀镶嵌在原位多孔碳涂层中，并且端头覆盖于基体表面，使复合镀层在摩擦过程中不易脱落，起到润滑作用，降低磨损量。碳纳米管具有与石墨类似的自润滑性，裸露在复合层表面的少量碳纳米管能够形成一层润滑膜，进一步提高润滑形成，而嵌入在复合层内部的碳纳米管作为骨架承载和传递摩擦力，降低复合层的磨损量和摩擦因素，同时磨损后的碳纳米管屑补偿磨损表面，有利于稳定摩擦因素，从而保证自润滑性能的稳定性。