CN103290412A - 一种自润滑涂层的电火花沉积制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及使用一种含有固体润滑剂的烧结电极用于自润滑涂层的电火花沉积制备方法。采用软金属Cu作为涂层网络骨骼，采用二硫化钼、六方氮化硼等作为固体润滑剂，把固体润滑剂与软金属采用粉末冶金的方法，制备成复合材料作为电极，通过电火花沉积方式，在硬质合金或钢基体表面形成自润滑涂层。利用铜（本身也是良好的固体润滑剂）与固体润滑剂的协同作用提高自润滑性能。铜在电火花沉积过程中会熔融，与基体形成冶金型牢固结合的沉积层，固体润滑剂被包络在软金属中，使自润滑涂层具有很高的结合强度，又具有良好的润滑性能。
Description
技术领域
本发明涉及涂层的制备领域，特别是涉及使用一种含有固体润滑剂的烧结电极用于自润滑涂层的电火花沉积制备方法。
背景技术
从摩擦学的基本理论出发，要降低材料的摩擦系数和磨损率，就必须使材料的表面同时具有高硬度和低剪切强度。事实上很难获得这种性能的单一材料，这只能通过在高硬度的基体上制备一层低剪切强度的薄膜来实现。
目前在保持零件母体材料原有性能的基础上，采用涂层技术在摩擦副表面制备耐磨损的自润滑涂层，已成为摩擦学领域一个发展方向。这种技术具有三方面的优势：第一，机械零部件可采用价格低廉的普通碳钢作基体，降低了生产成本；第二，解决了固体润剂在使用过程中难以补充的难题，保证了固体润滑的长期有效；第三，可以对摩擦损伤部位进行涂层修复，实现了机械零部件的再制造。
自润滑涂层制备方法目前主要有化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）等。但采用CVD、PVD方法制备的涂层一般比较薄，只有几个微米至十几个微米，且涂层与基体之间的粘着力较差，易脱落。另外，CVD工艺排放的废气､废液会造成较大环境污染｡
国内外学者对自润滑涂层进行了许多研究，但是如何同时保证自润滑涂层的结合强度、厚度、自润滑性能等方面的问题仍然未能有效解决。特别是涂层一旦发生局部损伤后，就不能修复，很容易导致整个涂层的破坏脱落。比如当涂层产生较大应力时，就会产生裂纹、剥落等，导致失效。
发明内容
为了解决同时保证自润滑涂层的结合强度、厚度、自润滑性能等方面的问题，本发明提出采用电火花沉积的方式在钢或硬质合金基体上制备自润滑涂层。电火花沉积技术是利用瞬间的高能量脉冲电能，在电极与基体材料间形成高温、高压区域，并将电极材料熔涂到基体表面，各种组成电极和工件材料诸元素的原子在电火花沉积过程中发生剧烈扩散和重新合金化的过程，是一种冶金结合。因此，涂层与基体间结合紧密，这是电火花沉积过程优于电刷镀、PVD、等离子喷涂及电弧喷涂的一个重要原因。通过电火花沉积使自润滑涂层与基体形成冶金型牢固结合，同时铜与固体润滑剂形成的自润滑涂层，能够产生润滑的协同作用，提高自润滑性能。使自润滑涂层具有很高的结合强度，又具有良好的润滑性能。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：采用软金属Cu作为涂层网络骨骼，采用二硫化钼、或六方氮化硼作为固体润滑剂，把固体润滑剂与软金属采用粉末冶金的方法，制备成复合材料作为电极，采用电火花沉积方式在硬质合金或钢表面沉积形成自润滑涂层。自润滑涂层的电火花沉积制备方法是：
（一）电极的制备
采用铜粉与固体润滑剂粉末（BN或MoS2）一起经压制在真空中烧结成电极。电极中铜粉：固体润滑剂粉末质量百分比为（60-95）：（40-5），压制压力为60-100MPa，压制后电极的烧结温度为：500-800℃。
（二）自润滑涂层的沉积
（1）先将基体材料（钢或硬质合金）依次用600#—1200#的砂纸逐级打磨，去除基体表面的氧化膜，然后抛光，使其表面粗糙度≤0.1μm，接着用丙酮进行超声清洗5-15min，去除表面油污，然后放入真空干燥箱内干燥后，备用。
（2）将基体材料与电火花沉积机的脉冲电源正极相连，将电极与脉冲电源负极相连。
（3）开启脉冲电源，保持放电电压为70-90V，放电电流为1.5-9A，放电脉冲宽度为20-60µs，电极的移动速度尽量保持匀速，电极与基体表面的夹角保持在 60°-70°左右，并在基体表面按一定方向左右摆动，摆幅为 5-10mm，以保证沉积层的质量。
本发明的有益效果是：本发明利用电火花沉积技术，使自润滑涂层与基体具有冶金结合的特点，结合力强，利用铜（本身也是良好的固体润滑剂）与固体润滑剂的协同作用提高自润滑性能，从根本上解决了PVD、CVD等方法制备自润滑涂层存在结合力小、涂层较薄的问题，拓宽了电火花沉积技术的应用范围，开辟了自润滑涂层制备的新途径，同时具有方法简单，成本低的特点。本发明可以通过调整电极材料成分、电气参数及沉积时间等参数获得不同性能要求的自润滑涂层，对改善金属零件的减摩耐磨性能具有很高的实用价值。
具体实施方式
下面给出本发明的两个最佳实施例：
实施例1：
一种自润滑涂层的电火花沉积制备方法，基体材料采用硬质合金，电极材料采用铜与BN烧结而成的复合材料。具体制备步骤如下：
（一）电极的制备
采用铜粉与固体润滑剂粉末BN一起经压制在真空中烧结成电极。电极中铜粉：BN粉末质量百分比为75：25，压制压力为100MPa，压制后电极的烧结温度为：700℃。
（二）自润滑涂层的沉积
（1）先将基体材料依次用600#、800#、1200#的砂纸逐级打磨，去除基体表面的氧化膜，然后抛光，使其表面粗糙度≤0.1μm，接着用丙酮进行超声清洗15min，去除表面油污，然后放入真空干燥箱内干燥后，备用。
（2）将基体材料与电火花沉积机的脉冲电源正极相连，将电极与脉冲电源负极相连。
（3）开启脉冲电源，保持放电电压为70-90V，放电电流为1.5-9A，放电脉冲宽度为20-60µs，电极的移动速度尽量保持匀速，电极与基体表面的夹角保持在 60°-70°左右，并在基体表面按一定方向左右摆动，摆幅为 5-10mm，以保证沉积层的质量。
实施例2：
一种自润滑涂层的电火花沉积制备方法，基体材料采用45钢，电极材料采用铜与BN烧结而成的复合材料。具体制备步骤如下：
（一）电极的制备
采用铜粉与固体润滑剂粉末BN一起经压制在真空中烧结成电极。电极中铜粉：BN粉末质量百分比为80：20，压制压力为100MPa，压制后电极的烧结温度为：650℃。
（二）自润滑涂层的沉积
（1）先将基体材料依次用600#、800#、1200#的砂纸逐级打磨，去除基体表面的氧化膜，然后抛光，使其表面粗糙度≤0.1μm，接着用丙酮进行超声清洗15min，去除表面油污，然后放入真空干燥箱内干燥后，备用。
（2）将基体材料与电火花沉积机的脉冲电源正极相连，将电极与脉冲电源负极相连。
（3）开启脉冲电源，保持放电电压为70-90V，放电电流为1.5-9A，放电脉冲宽度为20-60µs，电极的移动速度尽量保持匀速，电极与基体表面的夹角保持在 60°-70°左右，并在基体表面按一定方向左右摆动，摆幅为 5-10mm，以保证沉积层的质量。
Claims (3)
1. 一种自润滑涂层的电火花沉积制备方法，基体材料采用硬质合金或钢，电极材料采用铜与固体润滑剂烧结而成的复合材料，其特征在于：利用自润滑复合材料电极在基体表面，采用电火花沉积方式，在基体表面沉积形成自润滑涂层。
2. 根据权利要求1所述的复合材料电极，其特征在于：采用铜粉与固体润滑剂粉末（BN或MoS2）一起经压制在真空中烧结成电极，电极中铜粉：固体润滑剂粉末质量百分比为60-95：40-5，压制压力为60-100MPa，压制后电极的烧结温度为：500-800℃。
3. 根据权利要求1所述的自润滑涂层的制备方法，其特征是制备方法步骤：
（1）先将基体材料依次用600#—1200#的砂纸逐级打磨，去除基体表面的氧化膜，然后抛光，使其表面粗糙度≤0.1μm，接着用丙酮进行超声清洗5-15min，去除表面油污，然后放入真空干燥箱内干燥后，备用；
（2）将基体材料与电火花沉积机的脉冲电源正极相连，将电极与脉冲电源负极相连；
（3）开启脉冲电源，保持放电电压为70-90V，放电电流为1.5-9A，放电脉冲宽度为20-60µs，电极的移动速度尽量保持匀速，电极与基体表面的夹角保持在 60°-70°左右，并在基体表面按一定方向左右摆动，摆幅为 5-10mm，以保证沉积层的质量。
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