CN103074561A

CN103074561A - 一种宽温域自润滑涂层材料及其制备方法

Info

Publication number: CN103074561A
Application number: CN2012105338532A
Authority: CN
Inventors: 于月光; 任先京; 高峰; 沈婕; 赵晓东; 袁建鹏; 徐红艳
Original assignee: Bgrimm Advanced Materials Science & Technology Co ltd; Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy
Current assignee: Bgrimm Advanced Materials Science & Technology Co ltd; Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2013-05-01

Abstract

本发明属于热喷涂技术领域，特别涉及一种宽温域自润滑涂层材料及其制备方法。本发明材料为由粘接相、硬质相和润滑相所组成的均匀混合物材料。本发明以包覆型NiMoAl为粘结相，以球形Cr₃C₂或Cr₂O₃为耐磨相，以Ag和CaF₂• BaF₂为润滑相，混合制成宽温域自润滑涂层材料。聚合型NiMoAl在喷涂过程中会发生反应，会促进涂层的结合，而其中的金属Mo会在喷涂后保留一部分单质状态，起到了减摩作用，提高了润滑组元的分布均匀性，有助于摩擦初期迅速形成自润滑膜层。同时采用球形硬质相可以减少硬质相对摩擦对偶件的磨损。采用本发明后初期摩擦系数可由0.4稳定下降为0.2以下，结合强度由30 MPa以下提高到40 MPa以上。

Description

一种宽温域自润滑涂层材料及其制备方法

技术领域

本发明属于热喷涂技术领域，特别涉及一种宽温域自润滑涂层材料及其制备方法。

背景技术

现代工业的发展促使越来越多的机械在高温高速等恶劣环境下工作，特别是航空航天等行业的发展，机械面临真空、高低温温差大等特殊环境，普通的润滑剂难以满足使用要求，固体自润滑涂层因其减摩效果稳定、适合于恶劣工况条件，而引起人们的广泛关注。固体自润滑涂层一般由粘结相、耐磨相和润滑相组成。目前国内外比较成熟的宽温域自润滑体系的主要成分为：粘结相主要是NiCr合金，耐磨相主要由Cr₃C₂或Cr₂O₃组成，润滑相主要两种组元构成，一种是Ag，提供低温段的减摩润滑；一种是CaF₂• BaF₂，提供高温段的减摩润滑。随着工况对自润滑性能要求的提高，美国研究人员采用NiMoAl合金粉末代替NiCr合金，自润滑涂层的耐氧化性更好，耐温性也获得提高。但是自润滑涂层在使用过程中一直存在润滑组元易脱落，减摩效果不稳定等问题，特别是在使用初期，摩擦系数不稳定，摩擦系数大于0.4，易在初期造成对磨件的磨损。其主要原因是润滑组元在摩擦开始阶段分散不均匀，表面未能形成连续的自润滑膜层；涂层内部结合较差，加工和摩擦过程中容易脱落，结合强度一般小于30 MPa。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一种宽温域自润滑涂层材料及其制备方法。

一种宽温域自润滑涂层材料，其为由粘接相、硬质相和润滑相所组成的均匀混合物材料，其中粘结相为聚合型NiMoAl，占宽温域自润滑涂层材料总质量的60%~80%；硬质相为球形Cr₂O₃或Cr₃C₂，硬质相的粒径为小于等于50 μm，占宽温域自润滑涂层材料总质量的10%~20%；润滑相为Ag和CaF₂• BaF₂，占宽温域自润滑涂层材料总质量的6%~20%，其中Ag占宽温域自润滑涂层材料总质量的3%~10%，CaF₂ • BaF₂占宽温域自润滑涂层材料总质量的3%~10%。

所述聚合型NiMoAl以Ni粉为核心，以Mo、Al混合粉为包覆层，所述聚合型NiMoAl的粒径为30 μm~100 μm之间。

所述Ni占粘结相总质量的80%~90%，Mo占粘结相总质量的5%~10%，Al占粘结相总质量的5%~10%；Ni粉的粒径为小于等于80 μm，Mo粉的粒径为小于等于10 μm，铝粉的粒径为小于等于5 μm。

一种宽温域自润滑涂层材料的制备方法，其具体步骤如下：

a. 准备粘接相：以Ni粉为核心，以Mo、Al混合粉为包覆层，制备聚合型NiMoAl，其中Ni占聚合型NiMoAl总质量的80%~90%，Mo占聚合型NiMoAl总质量的5%~10%，Al占聚合型NiMoAl总质量的5%~10%，获得粒径为30 μm~100 μm的聚合型NiMoAl粉末粘接相；

b. 准备硬质相：以球形Cr₂O₃或Cr₃C₂为硬质相，硬质相的粒径为小于等于50 μm；

c. 准备润滑相：以Ag和CaF₂• BaF₂为润滑相，润滑相的粒径为小于等于50 μm；

d. 将粘结相、硬质相和润滑相三种成分混合均匀即制得宽温域自润滑涂层材料；其中粘结相占宽温域自润滑涂层材料总质量的60%~80%，硬质相占宽温域自润滑涂层材料总质量的10%~20%，润滑相中Ag占宽温域自润滑涂层材料总质量的3%~10%，润滑相中CaF₂• BaF₂占宽温域自润滑涂层材料总质量的3%~10%。

所述Ni粉粒径为小于等于80 μm，Mo粉粒径为小于等于10 μm，铝粉粒径为小于等于5 μm。

本发明的有益效果为：

本发明所采用的聚合型NiMoAl在喷涂过程中会发生反应，特别是Ni、Al放热，会促进涂层的结合，而其中的金属Mo会在喷涂后保留一部分单质状态，金属钼具有较好的减摩效果，提高了润滑组元的分布均匀性，有助于摩擦初期迅速形成自润滑膜层。同时采用球形硬质相可以减少硬质相对摩擦对偶件的磨损。初期摩擦系数可降于0.2以下，结合强度大于40 MPa。

具体实施方式

本发明提供了一种宽温域自润滑涂层材料及其制备方法，下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。

实施例1

选取平均粒径约5 μm的Mo和平均粒径为2 μm的Al粉各100 g，通过球磨混合均匀，得到Mo粉和Al粉的混合粉末；

选取平均粒径为50 μm的Ni粉800 g作为核心，通过胶粘团聚的方法在Ni粉表面包覆上Mo粉和Al粉的混合粉末，烘干。

以125 g粒径小于等于30 μm的球形Cr₂O₃为硬质相；

以粒径小于等于30 μm的Ag和CaF₂• BaF₂为润滑相，其中Ag的质量为60 g，CaF₂• BaF₂的质量为65 g；

将上述粉末混合均匀，得到一种宽温域自润滑涂层材料，等离子喷涂后获得自润滑涂层，涂层起始阶段摩擦系数在初始阶段可稳定在0.16~0.18之间，结合强度大于45 MPa。

实施例2

选取平均粒径为3 μm的Mo和平均粒径为1 μm的Al粉各30 g，通过球磨混合均匀，得到Mo粉和Al粉的混合粉末；

选取平均粒径为50 μm的Ni粉540 g作为核心，通过胶粘团聚的方法在Ni粉表面包覆上Mo粉和Al粉的混合粉末，烘干。

以200 g粒径小于等于20 μm的球形Cr₂O₃为硬质相；

以粒径小于等于40 μm的Ag和CaF₂• BaF₂为润滑相，其中Ag的质量为100 g，CaF₂• BaF₂的质量为100 g；

将上述粉末混合均匀，得到一种宽温域自润滑涂层材料，等离子喷涂后获得自润滑涂层，涂层起始阶段摩擦系数在初始阶段可稳定在0.10~0.14之间，结合强度大于42 MPa。

Claims

1.一种宽温域自润滑涂层材料，其特征在于：所述宽温域自润滑涂层材料为由粘接相、硬质相和润滑相所组成的均匀混合物材料，其中粘结相为聚合型NiMoAl，占宽温域自润滑涂层材料总质量的60%~80%；硬质相为球形Cr₂O₃或Cr₃C₂，硬质相的粒径为小于等于50 μm，占宽温域自润滑涂层材料总质量的10%~20%；润滑相为Ag和CaF₂• BaF₂，占宽温域自润滑涂层材料总质量的6%~20%，其中Ag占宽温域自润滑涂层材料总质量的3%~10%，CaF₂ • BaF₂占宽温域自润滑涂层材料总质量的3%~10%。

2.根据权利要求1所述的一种宽温域自润滑涂层材料，其特征在于：所述聚合型NiMoAl以Ni粉为核心，以Mo、Al混合粉为包覆层，所述聚合型NiMoAl的粒径为30 μm~100 μm之间。

3.根据权利要求2所述的一种宽温域自润滑涂层材料，其特征在于：所述Ni占粘结相总质量的80%~90%，Mo占粘结相总质量的5%~10%，Al占粘结相总质量的5%~10%；Ni粉的粒径为小于等于80 μm，Mo粉的粒径为小于等于10 μm，铝粉的粒径为小于等于5 μm。

4.一种如权利要求1所述的一种宽温域自润滑涂层材料的制备方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下：

5.根据权利要求4所述的一种宽温域自润滑涂层材料的制备方法，其特征在于：所述Ni粉粒径为小于等于80 μm，Mo粉粒径为小于等于10 μm，铝粉粒径为小于等于5 μm。