CN105734558A - 铝青铜基复合陶瓷涂层材料及其制备方法 - Google Patents

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刘莉
王爽
邱晶
刘晓东
黄明明
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Abstract

本发明提供铝青铜基复合陶瓷涂层材料及其制备方法，该材料包括铝青铜基底和表面熔覆层，所述表面熔覆层含有以下组分：碳化钛，硫化钼，偏硼酸，氧化硅，氧化钴，氧化铬，余量为铁粉。制备方法：（1）将铝青铜基底用研磨机研磨，除去表面氧化物及污垢，再用无水乙醇清洗，备用；（2）将表面熔覆层原料混匀后，放入球磨机进行研磨混合，待混合均匀，投入混炼机中，然后干混1~2h；（3）将步骤（2）的混合物均匀涂覆于步骤（1）的铝青铜基底表面，采用激光熔覆法对混合物进行激光熔覆，即得。本发明制备得到的铝青铜基复合陶瓷材料硬度、断裂韧性和冲击次数均明显提高，而磨损率则明显降低，使得整体材料的机械性能得到改善，适用范围更广。

Description

铝青铜基复合陶瓷涂层材料及其制备方法
技术领域
本发明属于冶金复合材料领域，具体涉及一种铝青铜基复合陶瓷涂层材料及其制备方法。
背景技术
在现代机械装备中，所有转动零件都需要用轴承、轴瓦或轴套来支撑，由于现代机器与机构的转动速度和负载急剧增高，以及由于航空航天、核能及低温技术的发展，在现有的轴承材料中，按照使用寿命和在不同的条件下工作的可能性，粉末冶金材料的应用都占第一位。铜-铝系合金具有高强度、耐蚀、耐磨等特性，具有无污染、同时具有自润滑、免维护的典型特点，成为滑动轴承发展的重要方向之一。
现有技术的铜-铝系合金常常会加入非金属材料来调节材料的摩擦磨损性能，但是非金属材料的加入常会造成铜-铝系合金硬度降低、机械强度减弱的问题。
激光熔覆技术是指在某一材料基体表面添加具有一定配比的合金粉末熔覆材料，然后再利用激光束将表面合金熔覆材料和基体表面一起快速熔化，这样冷却后会在基体表面形成与基体呈良好结合态的涂层，从而起到改善材料表面耐磨损性能、耐腐蚀性能以及抗氧化性能等作用。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种铝青铜基复合陶瓷涂层材料及其制备方法，制得的复合材料硬度、断裂韧性和冲击次数更高，磨损率降低。
本发明的技术方案：
铝青铜基复合陶瓷涂层材料，包括铝青铜基底和表面熔覆层，所述表面熔覆层含有以下质量百分含量的组分：碳化钛3～7％，硫化钼5～10％，偏硼酸1～5％，氧化硅3～6％，氧化钴1～3％，氧化铬1～5％，余量为铁粉。
优选的，所述表面熔覆层含有以下质量百分含量的组分：碳化钛4～6％，硫化钼6～8％，偏硼酸2～4％，氧化硅4～5％，氧化钴2～3％，氧化铬2～4％，余量为铁粉。
更优选的，所述表面熔覆层含有以下质量百分含量的组分：碳化钛5％，硫化钼7％，偏硼酸3％，氧化硅4％，氧化钴2％，氧化铬3％，余量为铁粉。
铝青铜基复合陶瓷涂层材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将铝青铜基底用研磨机研磨，除去表面氧化物及污垢，再用无水乙醇清洗，备用；
(2)将碳化钛、硫化钼、偏硼酸、氧化硅、氧化钴、氧化铬及铁粉混匀后，放入球磨机进行研磨混合，待混合均匀，投入混炼机中，然后干混1～2h；
(3)将步骤(2)的混合物均匀涂覆于步骤(1)的铝青铜基底表面，采用激光熔覆法对混合物进行激光熔覆，即得铝青铜基复合陶瓷涂层材料。
步骤(3)中，所述激光熔覆法采用CO2激光器，输出功率为2.5～3.0kW，扫描线速度为20～40mm/s。
有益效果：
本发明通过在铝青铜基表面覆盖了表面熔覆层，制备得到的铝青铜基复合陶瓷材料硬度、断裂韧性和冲击次数均明显提高，而磨损率则明显降低，使得整体材料的机械性能得到改善，适用范围更广。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。
实施例1
铝青铜基复合陶瓷涂层材料，包括铝青铜基底和表面熔覆层，所述表面熔覆层含有以下质量百分含量的组分：碳化钛3％，硫化钼5％，偏硼酸1％，氧化硅3％，氧化钴1％，氧化铬1％，余量为铁粉。
制备方法，包括如下步骤：
(1)将铝青铜基底用研磨机研磨，除去表面氧化物及污垢，再用无水乙醇清洗，备用；
(2)将碳化钛、硫化钼、偏硼酸、氧化硅、氧化钴、氧化铬及铁粉混匀后，放入球磨机进行研磨混合，待混合均匀，投入混炼机中，然后干混1h；
(3)将步骤(2)的混合物均匀涂覆于步骤(1)的铝青铜基底表面，采用激光熔覆法对混合物进行激光熔覆，即得铝青铜基复合陶瓷涂层材料；
步骤(3)中，所述激光熔覆法采用CO2激光器，输出功率为2.5kW，扫描线速度为20mm/s。
实施例2
铝青铜基复合陶瓷涂层材料，包括铝青铜基底和表面熔覆层，所述表面熔覆层含有以下质量百分含量的组分：碳化钛4％，硫化钼6～8％，偏硼酸2％，氧化硅4％，氧化钴2％，氧化铬2％，余量为铁粉。
制备方法，包括如下步骤：
(1)将铝青铜基底用研磨机研磨，除去表面氧化物及污垢，再用无水乙醇清洗，备用；
(2)将碳化钛、硫化钼、偏硼酸、氧化硅、氧化钴、氧化铬及铁粉混匀后，放入球磨机进行研磨混合，待混合均匀，投入混炼机中，然后干混1h；
(3)将步骤(2)的混合物均匀涂覆于步骤(1)的铝青铜基底表面，采用激光熔覆法对混合物进行激光熔覆，即得铝青铜基复合陶瓷涂层材料；
步骤(3)中，所述激光熔覆法采用CO2激光器，输出功率为2.6kW，扫描线速度为25mm/s。
实施例3
铝青铜基复合陶瓷涂层材料，包括铝青铜基底和表面熔覆层，所述表面熔覆层含有以下质量百分含量的组分：碳化钛5％，硫化钼7％，偏硼酸3％，氧化硅4％，氧化钴2％，氧化铬3％，余量为铁粉。
制备方法，包括如下步骤：
(1)将铝青铜基底用研磨机研磨，除去表面氧化物及污垢，再用无水乙醇清洗，备用；
(2)将碳化钛、硫化钼、偏硼酸、氧化硅、氧化钴、氧化铬及铁粉混匀后，放入球磨机进行研磨混合，待混合均匀，投入混炼机中，然后干混1.5h；
(3)将步骤(2)的混合物均匀涂覆于步骤(1)的铝青铜基底表面，采用激光熔覆法对混合物进行激光熔覆，即得铝青铜基复合陶瓷涂层材料；
步骤(3)中，所述激光熔覆法采用CO2激光器，输出功率为2.7kW，扫描线速度为30mm/s。
实施例4
铝青铜基复合陶瓷涂层材料，包括铝青铜基底和表面熔覆层，所述表面熔覆层含有以下质量百分含量的组分：碳化钛6％，硫化钼8％，偏硼酸4％，氧化硅5％，氧化钴3％，氧化铬4％，余量为铁粉。
制备方法，包括如下步骤：
(1)将铝青铜基底用研磨机研磨，除去表面氧化物及污垢，再用无水乙醇清洗，备用；
(2)将碳化钛、硫化钼、偏硼酸、氧化硅、氧化钴、氧化铬及铁粉混匀后，放入球磨机进行研磨混合，待混合均匀，投入混炼机中，然后干混2h；
(3)将步骤(2)的混合物均匀涂覆于步骤(1)的铝青铜基底表面，采用激光熔覆法对混合物进行激光熔覆，即得铝青铜基复合陶瓷涂层材料；
步骤(3)中，所述激光熔覆法采用CO2激光器，输出功率为2.8kW，扫描线速度为35mm/s。
实施例5
铝青铜基复合陶瓷涂层材料，包括铝青铜基底和表面熔覆层，所述表面熔覆层含有以下质量百分含量的组分：碳化钛7％，硫化钼10％，偏硼酸5％，氧化硅6％，氧化钴3％，氧化铬5％，余量为铁粉。
制备方法，包括如下步骤：
(1)将铝青铜基底用研磨机研磨，除去表面氧化物及污垢，再用无水乙醇清洗，备用；
(2)将碳化钛、硫化钼、偏硼酸、氧化硅、氧化钴、氧化铬及铁粉混匀后，放入球磨机进行研磨混合，待混合均匀，投入混炼机中，然后干混2h；
(3)将步骤(2)的混合物均匀涂覆于步骤(1)的铝青铜基底表面，采用激光熔覆法对混合物进行激光熔覆，即得铝青铜基复合陶瓷涂层材料；
步骤(3)中，所述激光熔覆法采用CO2激光器，输出功率为3.0kW，扫描线速度为40mm/s。
对比例1
与实施例3的区别在于：未在铝青铜基底表面涂覆表面熔覆层。
性能测试
采用切割机将实施例1～5及对比例1制得的材料制备测试用样品，利用FH-1000硬度测试仪对所制备样品硬度值进行测定，加载砝码1kg，保压时间15s；采用压痕法测试所制备样品的断裂韧性值；采用MK-500材料试验机测试所制备样品的耐冲击性能；利用MH-400摩擦试验机测试所制备样品的摩擦性能，结果见表1。
表1
从表1可以看出，与对比例1相比，实施例1～5的而硬度、断裂韧性和冲击次数均明显提高，而磨损率则明显降低，由此可见，在铝青铜基表面覆盖了表面熔覆层，使得整体材料的机械性能得到改善，适用范围更广。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (5)

1.铝青铜基复合陶瓷涂层材料，其特征在于，包括铝青铜基底和表面熔覆层，所述表面熔覆层含有以下质量百分含量的组分：碳化钛3~7%，硫化钼5~10%，偏硼酸1~5%，氧化硅3~6%，氧化钴1~3%，氧化铬1~5%，余量为铁粉。
2.根据权利要求1所述的铝青铜基复合陶瓷涂层材料，其特征在于，所述表面熔覆层含有以下质量百分含量的组分：碳化钛4~6%，硫化钼6~8%，偏硼酸2~4%，氧化硅4~5%，氧化钴2~3%，氧化铬2~4%，余量为铁粉。
3.根据权利要求1所述的铝青铜基复合陶瓷涂层材料，其特征在于，所述表面熔覆层含有以下质量百分含量的组分：碳化钛5%，硫化钼7%，偏硼酸3%，氧化硅4%，氧化钴2%，氧化铬3%，余量为铁粉。
4.一种权利要求1所述铝青铜基复合陶瓷涂层材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将铝青铜基底用研磨机研磨，除去表面氧化物及污垢，再用无水乙醇清洗，备用；
（2）将碳化钛、硫化钼、偏硼酸、氧化硅、氧化钴、氧化铬及铁粉混匀后，放入球磨机进行研磨混合，待混合均匀，投入混炼机中，然后干混1~2h；
（3）将步骤（2）的混合物均匀涂覆于步骤（1）的铝青铜基底表面，采用激光熔覆法对混合物进行激光熔覆，即得铝青铜基复合陶瓷涂层材料。
5.根据权利要求4所述的碳纤维增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述激光熔覆法采用CO2激光器，输出功率为2.5~3.0kW，扫描线速度为20~40mm/s。
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