[发明专利]高硬度耐磨自润滑涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及高硬度耐磨自润滑涂层及其制备方法，将马氏体不锈钢合金的表面除去氧化皮及杂质，清洗后待用；将镍铬合金70％～85％、碳化铬5％～20％、二硫化钨2％～5％、银3％～5％按配比混合配制成合金粉末，干燥后置于激光熔覆设备中，然后放置所述马氏体不锈钢合金进行预热，预热到设定温度后通入保护气体进行激光熔覆，在所述马氏体不锈钢合金表面制得激光熔覆层，冷却至室温；将表面获得所述激光熔覆层的马氏体不锈钢合金进行时效热处理，最后在所述马氏体不锈钢合金表面制得高硬度耐磨自润滑涂层。本发明方法制得的涂层具有极低的摩擦系数以及较高的表面硬度。

技术领域

本发明涉及材料表面改性技术领域，具体涉及高硬度耐磨自润滑涂层及其制备方法。

背景技术

15-5PH或17-4PH属于马氏体沉淀硬化不锈钢，其主要应用领域为航空航天、飞机零件、部件制造高压阀门等腐蚀环境、槽、紧固件、设备和装备。虽经热处理条件可获得各种性能，但是该类合金仍存在着硬度低、摩擦系数高且不稳定、耐磨性差以及严重的粘着磨损和微动磨损敏感性等固有缺点，限制了其作为摩擦磨损运动副零部件的应用和其优异力学性能潜力的发挥。

当前激光熔覆处理技术的发展已日益受到人们重视，如用激光熔覆的材料表面改性可以提高部件的表面硬度、耐磨性或耐腐蚀性，改善表面机械加工性能，还能修复因磨损而失效的零件，延长其使用寿命；因此，通过激光熔覆的表面改性技术制备涂层改善材料摩擦学行为是极其有效的手段，激光熔覆技术在表面处理领域具有良好的发展前景。

现有技术中关于主要添加二硫化钼作为润滑剂耐磨自润滑激光熔覆涂层虽然涂层的磨损率得到大幅下降，但是摩擦系数仍然较高，导致与涂层接触磨损的摩擦配副部件的磨损率提高了2-4倍，从而使得整体结构的磨损率表现的差强人意，且涂层在工作过程中需要承受高载荷冲击和冲刷，因此对涂层与基体的结合强度和耐冲击韧性要求更高。此外采用激光熔覆表面处理技术已经在钛合金、镍基合金等基材已经被广泛应用，而在马氏体沉淀硬化不锈钢上的采用激光熔覆镍基涂层仍是难点。这是由于镍基涂层具有较高的裂纹敏感性，涂层中的热裂纹源沿粗大硬质相晶界开裂，甚至可能导致基材热影响区域附近组织开裂。所以采用激光熔覆涂层来提高马氏体沉淀硬化不锈钢磨损性能鲜有相关报道和应用。

发明内容

为了解决现有技术的涂层自润滑性能不佳、摩擦系数仍然较高的技术问题，而提供高硬度耐磨自润滑涂层及其制备方法。本发明方法的涂层是在镍铬合金母相中添加碳化铬金属陶瓷耐磨相、第一润滑相二硫化钨以及第二润滑相银粉，通过激光熔覆工艺制得具有极低的摩擦系数的涂层。

为了达到以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

高硬度耐磨自润滑涂层，包括如下质量百分数的原材料：镍铬合金70％～85％、碳化铬5％～20％、二硫化钨2％～5％、银3％～5％。

进一步地，所述原材料的粉末粒度均为30μm～200μm。粒径太细小于30μm容易被激光烧蚀，而太粗大于200μm后较难熔化并将会进一步形成粗大颗粒缺陷，因此该粒径范围为激光熔覆最佳的粉末粒度。

本发明提供上述高硬度耐磨自润滑涂层的制备方法，包括如下步骤：

(1)将马氏体不锈钢合金的表面除去氧化皮及杂质，清洗后待用；

(2)将镍铬合金、碳化铬、二硫化钨以及银按配比混合配制成合金粉末，干燥后置于激光熔覆设备中，然后放置所述马氏体不锈钢合金进行预热，预热到设定温度后通入保护气体进行激光熔覆，在所述马氏体不锈钢合金表面制得激光熔覆层，冷却至室温；

(3)将表面获得所述激光熔覆层的马氏体不锈钢合金进行时效热处理，最后在所述马氏体不锈钢合金表面制得高硬度耐磨自润滑涂层。

进一步地，除去氧化皮及杂质的方法是采用砂纸或磨光机打磨至表面粗糙度小于0.8。

进一步地，所述合金粉末的干燥时间为8h～10h。