CN105290406A

CN105290406A - 一种自蔓延方法制备NiAl系金属间化合物复合自润滑涂层的方法

Info

Publication number: CN105290406A
Application number: CN201510762221.7A
Authority: CN
Inventors: 王浪平; 李磊
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2015-11-10
Filing date: 2015-11-10
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2035-11-10
Also published as: CN105290406B

Abstract

一种自蔓延方法制备NiAl系金属间化合物复合自润滑涂层的方法。本发明属于堆焊技术领域，尤其涉及一种制备NiAl系金属间化合物复合自润滑涂层的方法。本发明的目的是要解决现有方法制备的自润滑涂层耐磨时间短、工艺复杂、成本高以及使用温度有限的问题。方法：一、按摩尔比1:1压制Ni-Al压坯；二、按摩尔比3:1压制3Ni-Al-MoS₂压坯；三、按由上至下为3Ni-Al-MoS₂压坯、Ni-Al压坯和金属基体叠放好，然后点燃Ni-Al压坯，点燃同时加压，燃烧完成后泄压，得到NiAl系金属间化合物复合自润滑涂层。本发明制得的涂层具有明显的润滑效果，且制备涂层过程比较快速、效率高，且节省能源、绿色环保。

Description

一种自蔓延方法制备NiAl系金属间化合物复合自润滑涂层的方法

技术领域

本发明属于堆焊技术领域，尤其涉及一种制备NiAl系金属间化合物复合自润滑涂层的方法。

背景技术

自蔓延高温合成(SHS)是一种快速、简单、经济的NiAl涂层制备与连接技术，因此引起了国内外学者的广泛关注。用热源从反应体系一端进行点燃，当端点温度达到引燃温度时，反应体系开始发生反应并释放足够的热量使相邻未反应区域也达到引燃温度，最终燃烧蔓延整个反应体系，燃烧合成得到了最终的产物。自蔓延高温合成方法主要用于材料的合成、异种材料连接、涂层制备等。

Ni-Al系金属间化合物的熔点高、硬度高、比重轻、热导率较高，并且具有优异的抗氧化性能以及良好的高温稳定性能，在涂层材料方面具有很好的应用前景。

固体润滑剂可以在摩擦副接触表面上形成稳定、连续的硬质或软质保护膜，从而防止摩擦副破坏，满足高温、重载、真空、高辐射等工况条件下的润滑需求。按基本原料划分，可以分为软金属、金属化合物、无机物、有机物。其中金属化合物二硫化钼是一种工业应用广泛的固体润滑剂。二硫化钼润滑涂层的制备方法有磁控溅射、离子束辅助沉积、火焰喷涂、环氧树脂粘结等。其中物理气相沉积制备的二硫化钼涂层厚度小，耐磨时间短，工艺复杂，成本高。有机物粘结的二硫化钼涂层，受制于有机物基体本身限制，使用温度有限。

发明内容

本发明的目的是要解决现有方法制备的自润滑涂层耐磨时间短、工艺复杂、成本高以及使用温度有限的问题，而提供一种自蔓延方法制备NiAl系金属间化合物复合自润滑涂层的方法。

本发明的一种自蔓延方法制备NiAl系金属间化合物复合自润滑涂层的方法按以下步骤进行：

一、将Ni粉和Al粉混合均匀，然后在压力为180MPa～360MPa的条件下保压15min～30min，得到Ni-Al压坯；所述的Ni粉和Al粉的摩尔比为(0.8～1.2)：1；

二、将Ni粉、Al粉和二硫化钼球磨混合0.5h～1.5h，然后在压力为180MPa～360MPa的条件下保压15min～30min，得到3Ni-Al-MoS₂压坯；步骤二中所述的Al粉与步骤一中所述的Al粉的摩尔比为1:1；步骤二中所述的Ni粉与步骤二中所述的Al粉的摩尔比为(2.8～3.2)：1；步骤二中所述的Ni粉和Al粉的总质量与二硫化钼的质量比为100：(5～20)；

三、在底座上从下至上依次叠放下隔热层、金属基体、步骤一得到的Ni-Al压坯、步骤二得到的3Ni-Al-MoS₂压坯和上隔热层，在上隔热层上施加压力，压力为10MPa～40MPa，然后点燃步骤一得到的Ni-Al压坯，燃烧完成后撤销上隔热层上施加压力，得到NiAl系金属间化合物复合自润滑涂层。

本发明有益效果

本发明的方法公开了一种在金属材料表面制备自润滑涂层的自蔓延高温合成的方法。该方法是将固相润滑颗粒预先混合在镍铝自蔓延粉末中，施加一定压力下，在金属表面引燃。粉末自蔓延燃烧合成镍铝金属间化合物涂层，释放出热量实现涂层与基体的连接。固体润滑颗粒在自蔓延制备过程中镶嵌在涂层中，随着摩擦过程涂覆在摩擦界面，实现自润滑效果。自蔓延制得的NiAl金属间化合物，摩擦系数最小可达0.2。这个过程主要借助金属粉末自蔓延燃烧释放的热量，实现涂层的制备、基体的连接和固体润滑颗粒的加入。加入固体润滑颗粒的涂层相比钢基体和不加固体润滑颗粒的镍铝金属间化合物，摩擦系数降低。本发明制得的涂层具有明显的润滑效果，且制备涂层过程比较快速、效率高，且节省能源、绿色环保。

附图说明

图1为试验一至六的步骤三中各原料放置示意图；a为压头，b为隔热层，c为步骤二得到的3Ni-Al-MoS₂压坯，d为步骤一得到的Ni-Al压坯，e为金属基体，f为底座；

图2为试验一至三得到的NiAl系金属间化合物复合自润滑涂层的摩擦磨损性能曲线图；其中A为试验一，B为试验二，C为试验三；

图3所示的试验三至六得到的NiAl系金属间化合物复合自润滑涂层连接强度曲线图；其中1为试验四、2为试验五，3为试验六，4为试验三。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的一种自蔓延方法制备NiAl系金属间化合物复合自润滑涂层的方法按以下步骤进行：

本实施方式的方法公开了一种在金属材料表面制备自润滑涂层的自蔓延高温合成的方法。该方法是将固相润滑颗粒预先混合在镍铝自蔓延粉末中，施加一定压力下，在金属表面引燃。粉末自蔓延燃烧合成镍铝金属间化合物涂层，释放出热量实现涂层与基体的连接。固体润滑颗粒在自蔓延制备过程中镶嵌在涂层中，随着摩擦过程涂覆在摩擦界面，实现自润滑效果。自蔓延制得的NiAl金属间化合物，摩擦系数最小可达0.2。这个过程主要借助金属粉末自蔓延燃烧释放的热量，实现涂层的制备、基体的连接和固体润滑颗粒的加入。加入固体润滑颗粒的涂层相比钢基体和不加固体润滑颗粒的镍铝金属间化合物，摩擦系数降低。本实施方式制得的涂层具有明显的润滑效果，且制备涂层过程比较快速、效率高，且节省能源、绿色环保。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的Ni粉和Al粉的摩尔比为1：1。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中在压力为270MPa的条件下保压20min～25min，得到Ni-Al压坯。其他步骤及参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中所述的Ni粉与步骤二中所述的Al粉的摩尔比为3：1。其他步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二中所述的Ni粉和Al粉的总质量与二硫化钼的质量比为100：(8～12)。其他步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中将Ni粉、Al粉和二硫化钼球磨混合1h。其他步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤二中然后在压力为270MPa的条件下保压20min～25min，得到3Ni-Al-MoS₂压坯。其他步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三中所述的金属基体材料为钢。其他步骤及参数与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤三中在上隔热层上施加压力，压力为20MPa～30MPa。其他步骤及参数与具体实施方式一至八之一相同。

采用以下试验来验证本发明的有益效果

试验一、本试验的一种自蔓延方法制备NiAl系金属间化合物复合自润滑涂层的方法按以下步骤进行：

一、将Ni粉和Al粉混合均匀，然后在压力为270MPa的条件下保压25min，得到Ni-Al压坯；所述的Ni粉和Al粉的摩尔比为1：1；

二、将Ni粉、Al粉和二硫化钼球磨混合1h，然后在压力为270MPa的条件下保压25min，得到3Ni-Al-MoS₂压坯；步骤二中所述的Al粉与步骤一中所述的Al粉的摩尔比为1:1；步骤二中所述的Ni粉与步骤二中所述的Al粉的摩尔比为3：1；步骤二中所述的Ni粉和Al粉的总质量与二硫化钼的质量比为100：5；

三、在底座上从下至上依次叠放下隔热层、金属基体、步骤一得到的Ni-Al压坯、步骤二得到的3Ni-Al-MoS₂压坯和上隔热层，在上隔热层上施加压力，压力为40MPa，然后点燃步骤一得到的Ni-Al压坯，燃烧完成后撤销上隔热层上施加压力，得到NiAl系金属间化合物复合自润滑涂层。

试验二、本试验的一种自蔓延方法制备NiAl系金属间化合物复合自润滑涂层的方法按以下步骤进行：

二、将Ni粉、Al粉和二硫化钼球磨混合1h，然后在压力为270MPa的条件下保压25min，得到3Ni-Al-MoS₂压坯；步骤二中所述的Al粉与步骤一中所述的Al粉的摩尔比为1:1；步骤二中所述的Ni粉与步骤二中所述的Al粉的摩尔比为3：1；步骤二中所述的Ni粉和Al粉的总质量与二硫化钼的质量比为100：8；

试验三、本试验的一种自蔓延方法制备NiAl系金属间化合物复合自润滑涂层的方法按以下步骤进行：

二、将Ni粉、Al粉和二硫化钼球磨混合1h，然后在压力为270MPa的条件下保压25min，得到3Ni-Al-MoS₂压坯；步骤二中所述的Al粉与步骤一中所述的Al粉的摩尔比为1:1；步骤二中所述的Ni粉与步骤二中所述的Al粉的摩尔比为3：1；步骤二中所述的Ni粉和Al粉的总质量与二硫化钼的质量比为100：12；

(一)在摩擦磨损试验机下试验一至三得到的NiAl系金属间化合物复合自润滑涂层进行摩擦磨损试验。

测试参数为：载荷为100g，转速为500r/min，摩擦半径为2mm，测试时间为10min。

结果：得到如图2所示的试验一至三得到的NiAl系金属间化合物复合自润滑涂层的摩擦磨损性能曲线图，从图2可以看出该方法制得的涂层摩擦系数见图。随着二硫化钼含量的添加，涂层的摩擦系数逐渐降低。当二硫化钼含量在5％时，摩擦系数先上升，后下降。这是由于二硫化钼随着摩擦涂覆在界面中，起到减摩效果。由于含量较少，在测试400转之后摩擦系数开始升高。添加含量越多，摩擦系数越低。二硫化钼添加量为12％时，摩擦系数在0.2左右，波动范围也比较小。所以该方法制得的涂层具有明显的润滑效果。

试验四、本试验与试验三不同的是：步骤三中所述的压力为10MPa。

试验五、本试验与试验三不同的是：步骤三中所述的压力为20MPa。

试验六、本试验与试验三不同的是：步骤三中所述的压力为30MPa。

(二)对试验三至六得到的NiAl系金属间化合物复合自润滑涂层进行连接强度检测，得到如图3所示的试验三至六得到的NiAl系金属间化合物复合自润滑涂层连接强度曲线图，从图3可以看出，连接过程中施加的压力不同，获得涂层与基体的连接强度有所差异。用下图所示装置测得的剪切强度评价涂层的连接强度。在制备过程中施加的压力为40MPa时，涂层与基体的剪切强度可以达到60.83MPa。最小的施加压力为10MPa时，涂层与基体连接强度为52.2MPa。

Claims

1.一种自蔓延方法制备NiAl系金属间化合物复合自润滑涂层的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的一种自蔓延方法制备NiAl系金属间化合物复合自润滑涂层的方法，其特征在于步骤一中所述的Ni粉和Al粉的摩尔比为1：1。

3.根据权利要求1所述的一种自蔓延方法制备NiAl系金属间化合物复合自润滑涂层的方法，其特征在于步骤一中在压力为270MPa的条件下保压20min～25min，得到Ni-Al压坯。

4.根据权利要求1所述的一种自蔓延方法制备NiAl系金属间化合物复合自润滑涂层的方法，其特征在于步骤二中所述的Ni粉与步骤二中所述的Al粉的摩尔比为3：1。

5.根据权利要求1所述的一种自蔓延方法制备NiAl系金属间化合物复合自润滑涂层的方法，其特征在于步骤二中所述的Ni粉和Al粉的总质量与二硫化钼的质量比为100：(8～12)。

6.根据权利要求1所述的一种自蔓延方法制备NiAl系金属间化合物复合自润滑涂层的方法，其特征在于步骤二中将Ni粉、Al粉和二硫化钼球磨混合1h。

7.根据权利要求1所述的一种自蔓延方法制备NiAl系金属间化合物复合自润滑涂层的方法，其特征在于步骤二中然后在压力为270MPa的条件下保压20min～25min，得到3Ni-Al-MoS₂压坯。

8.根据权利要求1所述的一种自蔓延方法制备NiAl系金属间化合物复合自润滑涂层的方法，其特征在于步骤三中所述的金属基体材料为钢。

9.根据权利要求1所述的一种自蔓延方法制备NiAl系金属间化合物复合自润滑涂层的方法，其特征在于步骤三中在上隔热层上施加压力，压力为20MPa～30MPa。