CN106048505B - 一种改善热喷涂Al2O3陶瓷涂层摩擦磨损性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改善热喷涂Al2O3陶瓷涂层摩擦磨损性能的方法，包含以下步骤：采用大气等离子喷涂工艺依次在金属基材上喷涂金属过渡涂层和Al2O3陶瓷涂层；将制备好的Al2O3陶瓷涂层表面进行打磨；称取粉末硫脲，粉末钼酸钠，溶剂为去离子水，将上述粉末置于去离子水中，充分搅拌使之完全溶解即得MoS2溶液；将经过打磨的Al2O3陶瓷涂层试样浸入MoS2溶液中，密封后将其置于烘箱中，烘箱缓慢加温至220℃，升温速率≤3℃/min，保温放置48~72小时；待烘箱温度降至室温后，取出Al2O3陶瓷涂层试样并将其表面多余的自反应生成的MoS2粉末去除干净。本发明所得涂层的磨损程度获得较大改善；同时，MoS2粉末对涂层表面孔隙的填充有效封闭了Al2O3陶瓷涂层表面的孔。

Description

一种改善热喷涂Al2O3陶瓷涂层摩擦磨损性能的方法
技术领域
本发明涉及一种改善热喷涂Al2O3陶瓷涂层摩擦磨损性能的方法，属于涂层表面改性技术领域。
背景技术
利用大气等离子喷涂在金属基体上制备Al2O3陶瓷涂层，可显著改善金属基体的防护性能，但是由于陶瓷材料固有的特性，其Al2O3陶瓷涂层的摩擦学性能尚无法获得较大改进，如Al2O3基涂层在常温的摩擦系数约为0.5~0.6，其磨损量在10-4~10-5μm/N·mm3之间。为了改善热喷涂陶瓷涂层的摩擦磨损性能，在喷涂粉末中复配具有润滑性质的粉末，如Ag，MoS2、BN、石墨等，虽然获得的复合涂层其摩擦学性能有所改善，但由于大气等离子喷涂焰流温度较高，如MoS2、石墨等润滑剂必须采用金属包覆后，才可进行喷涂；而制备的涂层中由于金属和陶瓷Al2O3之间的浸润性较差，导致涂层内部缺陷增多，涂层质量下降。因此，发明一种制备工艺简单，摩擦磨损性能可显著改善的热喷涂Al2O3陶瓷涂层具有重要的工程应用价值和创新意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种改善热喷涂Al2O3陶瓷涂层摩擦磨损性能的方法。
利用本发明所述方法制备的Al2O3陶瓷涂层是利用涂层表面固有的孔隙，并在其孔隙中原位合成具有润滑特性的MoS2。
本发明提出的一种改善热喷涂Al2O3陶瓷涂层摩擦磨损性能的方法，其特征在于：按照传统大气等离子喷涂工艺在金属基材上喷涂制备Al2O3陶瓷涂层；将制备好的Al2O3陶瓷涂层表面进行打磨；配置自反应生成MoS2溶液，按照配比称取粉末硫脲（CN2H4S），粉末钼酸钠（Na2MoO4），溶剂为去离子水；将上述粉末置于去离子水中，充分搅拌使之完全溶解于去离子水，然后将溶液倒入反应釜中；将制备好的磨光后的Al2O3陶瓷涂层试样浸入反应釜中的溶液中，密封反应釜后，再将反应釜置于烘箱中，加温放置；待烘箱温度降至室温后，从烘箱中取出反应釜并打开，取出试样，将试样表面多余的自反应生成的MoS2粉末擦拭干净后，得到本发明制备的Al2O3陶瓷涂层。
一种改善热喷涂Al2O3陶瓷涂层摩擦磨损性能的方法，其特征在于包含以下步骤：
A．采用大气等离子喷涂工艺依次在金属基材上喷涂金属过渡涂层和Al2O3陶瓷涂层；
B. 将制备好的Al2O3陶瓷涂层表面进行打磨；
C. 配置自反应生成MoS2溶液：称取粉末硫脲（CN2H4S），粉末钼酸钠（Na2MoO4），溶剂为去离子水，将上述粉末置于去离子水中，充分搅拌使之完全溶解即得MoS2溶液；
D. 将步骤B制备好的Al2O3陶瓷涂层试样浸入步骤C制备的溶液中，密封后将其置于烘箱中，烘箱缓慢加温至220℃，升温速率≤3℃/min，保温放置48~72小时；
E. 待烘箱温度降至室温后，取出Al2O3陶瓷涂层试样并将其表面多余的自反应生成的MoS2粉末去除干净。
步骤A中所述金属过渡涂层为NiAl或NiCrAl涂层，所述Al2O3陶瓷涂层的厚度＞120μm。
步骤B中所述Al2O3陶瓷涂层表面打磨处理后其表面粗糙度R a＜2.5μm。
所述硫脲、钼酸钠和去离子水的质量比为3.2~3.5：2.3~2.5：100。
在步骤E中，涂层表面多余MoS2粉末的去除，可采用擦拭或机械抛光的方式。
与现有技术相比，本发明的优点在于：利用热喷涂Al2O3陶瓷涂层本身固有的孔隙和原位自反应合成MoS2原理，将涂层浸入可自反应生MoS2粉末的溶液中，溶液在反应釜中的自反应过程可使得生成的MoS2存在于Al2O3涂层表面的孔隙中，最终获得的Al2O3陶瓷涂层在摩擦过程中，由于MoS2润滑剂的存在可有效降低摩擦配副之间的摩擦系数，从而涂层的磨损程度也获得较大改善；同时，MoS2粉末对涂层表面孔隙的填充，有效封闭了Al2O3陶瓷涂层表面的孔。
附图说明
图1为原位自反应合成MoS2粉末形貌照片。
图2为制备陶瓷涂层的XRD谱图，其中（a）Al2O3涂层表面未渗入MoS2的XRD图谱；（b）Al2O3涂层表面渗入MoS2的XRD图谱。
图3为Al2O3涂层渗入MoS2后表面的元素分布照片。其中（a）Al2O3涂层渗入MoS2后表面电子图像；（b）Al2O3涂层渗入MoS2后表面Al元素面分布图；（c）Al2O3涂层渗入MoS2后表面O元素面分布图；（d）Al2O3涂层渗入MoS2后表面Mo元素面分布图；（e）Al2O3涂层渗入MoS2后表面S元素面分布图。
具体实施方式
实施例1
A：利用大气等离子喷涂工艺，在不锈钢基材上喷涂制备NiAl过渡涂层，厚度约60μm，然后再喷涂制备Al2O3陶瓷涂层，其涂层厚度180~200μm 。
B: 将制备好的Al2O3陶瓷涂层表面进行磨抛处理后，其陶瓷涂层表面粗糙度R a ≈2.2μm。
C：称取：硫脲（CN2H4S）为3.2g，钼酸钠（Na2MoO4）为2.3g，离子水100g，使之混合均匀并充分溶解后，倒入体积为200ml的反应釜中。
D：将步骤B中制备好的Al2O3陶瓷涂层试样浸入反应釜中步骤C制备的溶液中，密封反应釜后，将反应釜置于烘箱中，烘箱缓慢加温至220℃（升温速率：2.5℃/min），并保温放置48小时。
E. 保温结束后，待烘箱温度降至室温，从烘箱中取出反应釜并打开，取出试样，将试样表面多余的自反应生成的MoS2粉末擦拭干净。
用CSM球盘摩擦磨损实验机表征步骤E制备的Al2O3陶瓷涂层的摩擦学性能。表1给出了具体的摩擦条件和摩擦副的摩擦学数据，可以看出，本发明制备的陶瓷涂层与Al2O3陶瓷球配副，具有低的摩擦系数和磨损率。
实施例2
A：利用大气等离子喷涂工艺，在不锈钢基材上喷涂制备NiCrAl过渡涂层，厚度约70μm ，然后再喷涂制备Al2O3陶瓷涂层，其涂层厚度160~180μm 。
B: 将制备好的Al2O3陶瓷涂层表面进行磨抛处理后，其陶瓷涂层表面粗糙度R a ≈2.0μm。
C：称取：硫脲（CN2H4S）为3.5g，钼酸钠（Na2MoO4）为2.5g，离子水100g，使之混合均匀并充分溶解后，倒入体积为200ml的反应釜中。
D：将步骤B中制备好的Al2O3陶瓷涂层试样浸入反应釜中步骤C制备的溶液中，密封反应釜后，将反应釜置于烘箱中，烘箱缓慢加温至220℃（升温速率：2.5℃/min），并保温放置72小时。
E. 保温结束后，待烘箱温度降至室温，从烘箱中取出反应釜并打开，取出试样，将试样表面多余的自反应生成的MoS2粉末抛光干净。
用CSM球盘摩擦磨损实验机表征步骤E制备的Al2O3陶瓷涂层的摩擦学性能。表1给出了具体的摩擦条件和摩擦副的摩擦学数据，可以看出，本发明制备的陶瓷涂层与Al2O3陶瓷球配副，具有低的摩擦系数和磨损率。
表1. 制备的Al2O3陶瓷涂层的摩擦磨损性能
。

Claims (4)

1.一种改善热喷涂Al2O3陶瓷涂层摩擦磨损性能的方法，其特征在于包含以下步骤：
A．采用大气等离子喷涂工艺依次在金属基材上喷涂金属过渡涂层和Al2O3陶瓷涂层；
B. 将制备好的Al2O3陶瓷涂层表面进行打磨；
C. 配制 自反应生成MoS2溶液：称取粉末硫脲，粉末钼酸钠，溶剂为去离子水，将上述粉末置于去离子水中，充分搅拌使之完全溶解即得MoS2溶液；
D. 将步骤B制备好的Al2O3陶瓷涂层试样浸入步骤C制备的溶液中，密封后将其置于烘箱中，烘箱缓慢加温至220℃，升温速率≤3℃/min，保温放置48~72小时；
E. 待烘箱温度降至室温后，取出Al2O3陶瓷涂层试样并将其表面多余的自反应生成的MoS2粉末去除干净。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤A中所述金属过渡涂层为NiAl或NiCrAl涂层，所述Al2O3陶瓷涂层的厚度＞120μm。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤B中所述Al2O3陶瓷涂层表面打磨处理后其表面粗糙度R a＜2.5μm。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述硫脲、钼酸钠和去离子水的质量比为3.2~3.5：2.3~2.5：100。
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