[实用新型]一种微织构自润滑具有陶瓷涂层的球关节

说明书

本实用新型提供了一种微织构自润滑具有陶瓷涂层的球关节，包括：球关节基体和复合陶瓷涂层，所述球关节基体包括：球座和球头销，球头销位于球座内，球头销与球座相配合，球头销表面上覆有复合陶瓷涂层，且复合陶瓷涂层表面上设置有微织构单元，所述微织构单元为向球头销凹陷的凹坑状结构，且纵截面为非对称图形，多个微织构单元在复合陶瓷涂层表面上排列形成微织构结构，该球关节耐磨、减摩性较好，可以实现自润滑，且工作表面硬度较高，涂层与球关节基体结合坚固。

技术领域

本实用新型涉及球关节制备技术领域，特别涉及一种微织构自润滑具有陶瓷涂层的球关节。

背景技术

球关节作为可以实现万向调节的重要动连接部件，广泛应用于机器人手臂、汽车转向拉杆、工程机械等场景。球关节接触表面的摩擦磨损一直是其失效的重要因素，提高耐磨能力、增大可承受载荷、延长使用寿命等问题一直是加工制造业的重大难题。耐磨陶瓷材料由于具有较高的耐磨性和优良的高温力学性能和化学稳定性等，同时陶瓷-金属复合材料有利于改善涂层与基体的结合程度，例如Al₂O₃-Ni、ZrO₂-Ni等，因此广泛应用于摩擦磨损严重的工作场景，微织构已经被证明，可以通过对零件接触表面进行表面织构优化设计，可以改善润滑状态，但是大多数研究中的简单对称截面微织构减摩效果有限，随着球关节工作场景的复杂化发展，简单的润滑方式已经不能满足工况要求。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种微织构自润滑具有陶瓷涂层的球关节。

有鉴于此，本实用新型提供了一种微织构自润滑具有陶瓷涂层的球关节，其特征在于，包括球关节基体和复合陶瓷涂层，所述球关节基体包括：球座和球头销，球头销位于球座内，球头销与球座相配合，球头销表面上覆有复合陶瓷涂层，且复合陶瓷涂层表面上设置有微织构单元，所述微织构单元为向球头销凹陷的凹坑状结构，且纵截面为非对称图形，多个微织构单元在复合陶瓷涂层表面上排列形成微织构结构。

优选地，所述微织构单元的纵截面为非对称三角倒锥形。

优选地，所述微织构单元在复合陶瓷涂层表面规则排列。

优选地，所述微织构单元在复合陶瓷涂层表面等距均匀排布。

优选地，所述球关节基体采用GCr15轴承钢材料或硬质合金材料。

优选地，所述复合陶瓷涂层为二氧化锆-镍复合陶瓷涂层或氧化铝-镍复合陶瓷涂层。

本实用新型还提供了一种如上述任一技术方案所述的微织构自润滑具有陶瓷涂层的球关节的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：球关节基体处理：对球关节基体表面进行研磨，去除表面的油污等杂质，将球关节基体放入丙酮溶液中，超声清洗20～30min，保证表面清洁度；烘干后放入真空室中；

步骤2：复合陶瓷涂层制备：利用激光熔覆技术，将复合陶瓷涂层粉末先喷涂在球头销表面上或与激光束同步送粉,使粉末在激光束作用下迅速熔化、扩展、凝固,形成复合陶瓷涂层，调整激光熔覆加工参数为：激光功率1.0～1.5kW，扫描速度50～200mm/min，铺粉厚度为涂层目标厚度的125％～150％；或者利用EB-PVD(离子束物理气相沉积)技术，将复合陶瓷涂层原料电离成离子，并通过等离子体在球头销表面沉积出复合陶瓷涂层，调整沉积加工参数为：气相沉积次数3～6次，基底温度800～1000℃，基底转速5～20rpm，真空度1×10^-4torr，沉积时间30～120min，复合陶瓷涂层粉末各成分质量百分比为：30％～40％Al₂O₃或ZrO₂，60％～70％Ni，从而保证所得复合陶瓷涂层的厚度h＝20～100μm；

步骤3：表面处理：清理球头销表面未形成涂层的多余原料，为加工表面微织构做好准备；