[发明专利]一种热喷涂Ni基合金自润滑涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种热喷涂Ni基合金自润滑涂层的制备方法，采用等离子喷涂设备在低碳钢表面喷涂由一定比例的Ni‑Cr‑B‑Si合金粉、Ti粉、镍包Ti₃SiC₂粉组成的混合粉末，虽Ti₃SiC₂具有较好稳定性，为进一步避免在喷涂热作用过程中分解，确保其良好的自润滑性能，在喷涂前对Ti₃SiC₂进行了镀镍处理，经喷涂后制备了含有一定量Ti₃SiC₂的Ni基涂层，由于Ni基合金对Ti₃SiC₂的良好润湿，使得涂层致密、空隙率小，并且Ti₃SiC₂保持较好，其良好的润滑性提高了涂层的润滑性，制备的涂层具有耐磨性高、减磨的优点。

技术领域

本发明属于高能束表面处理领域，特别涉及针对低碳钢采用表面热喷涂制备耐磨减摩复合涂层的方法。

背景技术

机械设备种类繁多，在其运行时一些部件通常进行不同形式的机械运动。零部件在使用过程中与其他物质发生相对运动产生摩擦，不仅消耗能量产生大量的热，而且使零件出现不同程度的磨损，甚至导致过早失效，因此，对零部件的表面耐磨和减磨性能提出了更高的要求。低碳钢具有较好塑性和韧性，焊接性能和冷成形性能良好，可采用多种冲压方法进行冷成形，获得了广泛的应用，但因其表面硬度较低，耐磨性差，使低碳钢应用受到了一定的限制。在零件表面制备耐磨涂层，能够提高零部件的耐磨性，提高机械装备使用寿命和可靠性，但有时单纯提高耐磨性会损伤对偶件的表面，引起对偶件磨损加剧，因此有时需要润滑减少摩擦，但在诸如高温、重载、真空、辐射等工况下普通润滑油效果并不佳。在零件表面制备降低摩擦的同时提高耐磨性的涂层是有效的方法之一。金属基自润滑涂层具有良好的耐磨、润滑和抗高温等性能，但润滑剂种类、数量、与基体结合情况在一定程度上影响涂层的强度、韧性，若大裂纹和孔洞等缺陷出现，则会大幅降低零件的力学性能。

自熔合金粉Ni-Cr-B-Si通常经冶炼后用水(或气)雾化制成粉末，其中的硼和硅可以降低合金熔点和起造渣作用以避免被氧化，其中的铬生成碳化铬和硼化铬硬质相弥散分布在镍基体中，使得合金粉具有高硬度、高耐磨、耐腐蚀性等性能，特别适合于制备涂层，在材料工程中获得了大量的应用。Ni-Cr-B-Si采用喷涂可以制得耐磨涂层，能够改善零件的耐磨性能，但在某些场合其高硬度反而会加剧对偶件的磨损，尤其在无法采用润滑油的情况下如何提高其润滑性能，避免因摩擦导致的温度升高和对偶件磨损加剧等问题。三元化合物Ti₃SiC₂的微观结构为通过一个二维封闭的填充Si层连接两个边缘共享的Ti₆C八面体层结构，其特殊的结构使得Ti₃SiC₂具有较好的高温性能、导热性良好、高热稳定性，其层状结构使得它比石墨具有更低的摩擦系数和更好自润滑性能，在喷涂的过程中将Ti₃SiC₂加入涂层中，可以提高涂层润滑性能，但等离子弧、火焰等高温可能导致其分解，失去润滑作用，因此，对Ti₃SiC₂进行镀镍处理，避免其高温分解，且Ni基自熔合金不仅能够对镀镍Ti₃SiC₂良好润湿，通过热喷涂添加Ti₃SiC₂获得的Ni基涂层具有耐磨减摩的特点。

发明内容

本发明设计在Ni-Cr-B-Si自熔合金粉中添加镀镍Ti₃SiC₂作为自润滑的成分，经喷涂在碳钢表面制得涂层，该涂层具有一定的润滑性，可降低工作时的摩擦及其产生的高温，尤其适于在无法用润滑油的情况下使用。该涂层制备工艺具有粉末制备简单、成本较低的优点。

本发明解决其技术问题所采用的制作方法包括下述工艺步骤：