[发明专利]一种表面织构固体润滑涂层的加工方法

说明书

本发明公开了一种表面织构固体润滑涂层的加工方法，通过将纳米晶涂层与润滑织构涂层的交替沉积，产生了多层石墨涂层结构，此种结构可通过力学性能及形貌较好的纳米晶涂层将润滑涂层封装，使涂层寿命和承载能力提高。同时多层润滑层如设计成层数与承载摩擦次数对应，使润滑层即将磨损后露出新鲜次层材料以对应新的摩擦，保证了减摩效果的持续性，延长了减摩织构的使用效果和使用寿命，避免减摩层过快磨损、失效。

技术领域

本发明具体为一种表面织构固体润滑涂层的加工方法。

背景技术

滑动摩擦副零件如机床用轴瓦、导轨等，由于使用中承受着较大冲击和振动载荷、接触工作时间较长，极端高温高压环境，经过一段时期运行后导致擦伤破坏，精度和安全可靠性下降致失效。传统的润滑油、润滑脂由于环境污染大、易挥发、不能用于真空环境等缺点而难以满足特殊工况下的使用要求，因此开发固体润滑涂层具有重要意义，在摩擦、磨损部位低成本制备以减摩性为主的高性能修复、强化涂层将有利于降低摩擦引起的运行能耗，且可有助于恢复乃至提升磨损部件的服役性能，对于挽回经济损失、解决行业共性问题具有普遍意义。

固体润滑涂层是指涂层在无润滑液或润滑脂存在的情况下涂层本身具有较好的润滑性能(性能指标为低摩擦系数，低磨损率)从而实现在特殊工况下的使用。固体润滑涂层一般由较软的金属如Ag、Pb、Sn、In等，或由层状结构的石墨、MoS2、BN等。这些润滑材料一般都较软，摩擦过程中这些润滑材料不但可以粘着在物件或工件的表面形成固体润滑膜，而且可以在对偶材料表面形成转移膜，使摩擦发生在润滑剂内部来减少摩擦、降低磨损，从而起到润滑作用。

目前常见的制备固体自润滑涂层的方法主要有热喷涂、化学镀、PVD(物理气相沉积)、CVD(化学气相沉积)、激光熔覆、磁控溅射法等。热喷涂法制备的涂层孔隙率高、涂层与基体的结合强度低，在高温环境下容易氧化、剥落失效。埋渗法工艺过程复杂、渗层元素不易控制且渗层深度较浅，一般埋渗温度较高，对基体性能有较大影响。料浆法制备涂层涂覆均匀性差、涂层中易于产生气孔等缺陷且涂覆后需要在高温下烧结，烧结温度对基体性能影响亦较大。磁控溅射法制备的涂层一般厚度只有几微米、沉积效率低、成本高昂，摩擦磨损时涂层容易剥落失效，涂层使用寿命短。

现有减摩涂层的方法存在较多技术问题，一是设备成本、运转维护成本都比较高。激光熔敷、等离子喷涂等作为高能束加工方法，其设备成本能源消耗量都非常可观，还需要使用辅助设备和保护气体。加工方式复杂工序繁多；二是减摩织构涂层存在使用寿命的问题。如使用一段时期后表面织构图案会被磨损、磨掉以致失效，如何延长其寿命或在失效后进行低成本地再修复、再制造也是需要研究的问题。综上所述，为了片面追求减摩涂层制备效果，研究领域多使用高成本技术为制备手段，加工环境偏实验室为主，工序繁复，缺乏普遍性和实用性。在涂层特别是织构性涂层的强度设计、寿命保证上还缺乏有效办法。因此在客观上需要出现一种加工方法简单、设备运行成本较低、特别是在较长使用时间后减摩织构具有较长的使用寿命、不易磨损的涂层制备方法。

针对以上加工问题，采用射流电沉积的方法经过改进可以克服上述的不足。射流电沉积是近年来发展的一种局部高速电沉积技术，其特殊性在于电解液以射流态的束流形式从阳极区喷射到阴极区，由此产生一系列的奇异加工特性：可获得具有较好机械性能的纳米晶沉积层；可形成均匀分布的表面微/纳多孔组织结构(见图1)，工艺和控制手段简便、直接，属低成本的制造方法。根据以上对于加工方法的简化性要求、低成本要求以及涂层综合性能要求，可以利用其表面均布多孔微纳结构制备减摩性表面织构；可以将机械性能好、残余应力小的纳米晶涂层作为织构的支撑基体，以强化涂层寿命，改善承载能力和润滑效果；可以利用其定域性好的特点利于准确修复，工艺和控制手段简便、直接，属低成本的制造方法。主要是考虑通过射流电沉积这一方法，润滑涂层在微织构涂层中如具有合适的多层结构可提高摩擦学性能和力学性能，可通过调整多层石墨、MoS2涂层结构(如润滑层与其他增强性颗粒沉积层交替沉积，具有耐磨减摩多重功能。)，使涂层寿命和承载能力提高。设计应与工况保持吻合，如设计成层数与承载摩擦次数对应，使润滑层即将磨损后露出新鲜次层材料以对应新的摩擦。