[发明专利]一种宽温域润滑耐磨复合涂层及其制备、喷涂方法

说明书

本发明提供了一种宽温域润滑耐磨复合涂层及其制备、喷涂方法，该复合涂层为AlCoCrFeNi‑Ag‑CaF₂/BaF₂涂层，制备方法为按照质量百分比称取5～20wt.％的Ag粉末、5～20wt.％的CaF₂/BaF₂共晶粉末和余量的AlCoCrFeNi高熵合金粉末，用三维混料仪混合均匀得到喷涂粉末制品；将不锈钢进行打磨、喷砂和清洗处理，安装在转台上，预热；在不锈钢表面先后喷涂NiCrAlY金属粘结层和AlCoCrFeNi基复合涂层。本发明制备工艺简单，制备的涂层致密性高，结合强度高，在室温～800℃的宽温域范围内，具有较低的摩擦系数和磨损率，能够有效改善现代工业机械中高温环境的摩擦与磨损。

技术领域

本发明属于涂层材料领域，具体涉及一种宽温域润滑耐磨基复合涂层的制备方法，该涂层具有高的致密性、高的结合强度、优异的抗高温软化性能，在室温～800℃内具有优异的耐磨性，在宽温域范围内可作为耐磨涂层材料得到广泛应用。

背景技术

摩擦磨损是零部件运行失效的主要原因之一，零部件的减摩性能决定了其服役的稳定性，抗磨性能决定了其服役的寿命和可靠性。随着现代工艺的发展，关键零部件的服役环境越来越苛刻，尤其是服役温度越来越高，服役温度范围越来越宽泛。比如，被誉为航空航天黑科技的新一代气浮轴承，不仅要求满足在室温～800℃内不同温度区间均能良好服役，而且要满足在启停阶段具有优异的抗磨和减摩性能。

表面抗磨润滑涂层技术是解决零部件高温、宽温域耐磨的理想办法，不仅能够维持基体材料优异的力学性能，满足零部件性能需求；而且能够有效地实现表面减摩和抗磨功能。但面对日益苛刻的高温环境和综合性能要求，现有的表面抗磨润滑涂层材料存在一定的局限性。镍基、钴基等固溶体涂层材料在高温下容易发生软化，温度高于800℃时，磨损严重；镍铝、铁铝等金属间化合物基涂层材料和碳化物、氮化物、氧化物等陶瓷基涂层材料，与基体的结合强度较差，制备的涂层致密性差，易出现裂纹，设备要求和制备成本高。除了针对性地调控增强相和辅助相等，以弥补不同抗磨润滑涂层材料的短板；开发具有优异综合性能、新型结构的固体润滑涂层材料，是满足我国高尖端领域关键技术顺利研发和突破的另一条重要途径。

高熵合金是一种结构独特的多主元合金，具有传统合金不具备的晶格畸变效应、高熵效应、缓慢扩散效应和复合效应，其强度、耐磨性、抗高温润滑性能优于镍基、钴基等固溶体，韧性、与镍/钢的热膨胀系数匹配性优于镍铝、铁铝等金属间化合物。高熵合金一般呈现面心立方(FCC)相和体心立方(BCC)相；相比FCC相的高熵合金，BCC相的高熵合金强度和耐磨性较高，更适用于耐磨领域。尤其是纳米B2相和BCC相网状耦合形成的AlCoCrFeNi高熵合金，断裂强度不低于2700MPa，韧性不低于32％，室温磨损量低于1.5×10^-4mm³/Nm(XieSY,Li RD,Yuan TC,et al.Effect of heating rate on microstructure andmechanical properties of AlCoCrFeNi high entropy alloy produced by sparkplasma sintering,Materials Characterization 154(2019)169–180)，在耐磨涂层中具有重要应用潜力。但是，AlCoCrFeNi高熵合金的摩擦系数较高，且活泼的过渡族元素容易与大部分润滑相反应。因此，有针对性地选取高熵合金的粉末结构、润滑相的组成和中间粘结相的成分，合理地调控等离子喷涂工艺，在保证制备高致密、高结合强度、强耐磨高熵合金涂层制备的同时，避免润滑相与高熵合金的反应，实现有效的减摩，对于抗磨润滑涂层领域的发展和高性能抗磨润滑复合涂层的研制具有非常重要的价值。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的是一种宽温域润滑耐磨AlCoCrFeNi基复合涂层的制备方法，解决现有涂层高温软化、结合强度低和致密度差的问题，消除基体相与润滑相之间复杂反应的难题，最终制备出高致密、宽温域润滑抗磨性能优异的涂层。