[发明专利]可原位析出氟化物纳米晶的耐腐蚀自润滑搪瓷涂层及其制备方法

说明书

本发明的目的在于提供一种可原位析出氟化物纳米晶的耐腐蚀自润滑搪瓷涂层及其制备方法，该搪瓷涂层熔炼时加入一定比例的氟化物，与搪瓷釉中的氧化钙或氧化钡组元结合，原位析出纳米级氟化钙或氟化钡晶体；该搪瓷涂层的质量分数配比为：二氧化硅43～58％、三氧化二铝10～20％、氧化钙或氧化钡12～18％、三氧化二硼5～10％、氧化钠或氧化钾3～9％，加入氟化物的占比为5～10％。本发明通过控制原位析出氟化物纳米晶，可实现搪瓷涂层室温低摩擦系数和低磨损率的自润滑效果，突破了传统氟化物润滑剂低温无润滑效果的局限。此外，涂层保留了搪瓷优异的耐酸碱腐蚀性能，实现了自润滑与耐腐蚀性能的统一。

技术领域

本发明属于材料工程技术领域，涉及一种可原位析出氟化物纳米晶的耐腐蚀自润滑搪瓷涂层及其制备方法。

背景技术

国内外学者对于Al₂O₃陶瓷、ZrO₂陶瓷等材料的自润滑，尤其对于应用在刀具减摩，提升切削性能等专业领域中的搪瓷、陶瓷材料有比较深入的研究，陶瓷材料的本征脆性是阻碍其提升耐磨性能的主要问题。通过将固体润滑剂加入到不同金属、陶瓷材料中，或采用沉积技术在特定的基体上形成复合涂层是降低材料磨损的一种主要思路。氟化物经常作为固体润滑剂被加入到润滑油、耐磨复合材料、梯度材料中，提升材料的高温润滑性能，或与其他润滑材料共同使用产生更好的协同润滑效果，例如CaF₂-Au、CaF₂-Mo、CaF₂-Ag、CaF₂-BaF₂共晶等，取得了显著成果。大多数研究表明CaF₂能在高温下实现润滑，是因为CaF₂是非层状结构的离子化合物，随着温度的升高，破坏方式逐渐由脆性破坏变为塑性流动，摩擦系数降低，其润滑性能随着温度的升高而逐渐出现并提高。CaF₂的晶胞结构中存在一个滑移面；在高温下，滑移面上的原子间结合强度降低，从而使滑移面剪切强度降低，易于发生滑动。另一方面，CaF₂对固体表面具有较强的吸附性，这一特性易于在对磨表面之间形成转移膜；这种由CaF₂所形成的吸附膜能够承受高载荷，有效防止对磨表面相互接触。CaF₂的高温滑移性、吸附成膜性以及热化学稳定性使其成为良好的高温固体润滑剂。目前CaF₂固体润滑剂在高温条件下的优良自润滑性能被广泛认可，对于CaF₂的润滑研究目前还是主要集中在高温条件下，常温下的自润滑情况少有研究。

为扩大含CaF₂润滑剂材料的润滑温度范围，有研究采用CaF₂高温润滑相与其他低温润滑相复合的手段，发现两种润滑相之间会产生不利影响，高低温润滑相复合的设计存在一定缺陷，因此对于CaF₂的常温润滑还有待进一步研究。

发明内容

本发明提供一种可原位析出氟化物纳米晶的耐腐蚀自润滑搪瓷涂层及其制备方法，通过控制原位析出氟化物纳米晶，可实现搪瓷涂层室温低摩擦系数和低磨损率的自润滑效果，突破了传统氟化物自润滑相仅于韧脆转变温度以上应用的局限。

本发明提供一种可原位析出氟化物纳米晶的耐腐蚀自润滑搪瓷涂层，该搪瓷涂层熔炼时加入一定比例的氟化物，与搪瓷釉中的氧化钙或氧化钡组元结合，原位析出纳米级氟化钙或氟化钡晶体；该搪瓷涂层的质量分数配比为：二氧化硅43～58％、三氧化二铝10～20％、氧化钙或氧化钡12～18％、三氧化二硼5～10％、氧化钠或氧化钾3～9％，加入氟化物的占比为5～10％。

在本发明的可原位析出氟化物纳米晶的耐腐蚀自润滑搪瓷涂层中，所述二氧化硅和三氧化二铝的含量的总和为57～68％。

在本发明的可原位析出氟化物纳米晶的耐腐蚀自润滑搪瓷涂层中，所述氟化物为氟化钙、氟化钡或氟化钠。

在本发明的可原位析出氟化物纳米晶的耐腐蚀自润滑搪瓷涂层中，所述搪瓷涂层的性能指标如下：