CN106835120A - 一种奥氏体不锈钢自润滑耐磨耐蚀涂层 - Google Patents

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Abstract

一种奥氏体不锈钢自润滑耐磨耐蚀涂层，其涂层的粉末原料的质量百分比wt％为：Ni包敷MoS2粉末10～20％、B4C粉末5～10％、Y2O3粉末5～10％、余量为奥氏体不锈钢粉末；上述原料粒度均为60～80目。选用奥氏体不锈钢(1Cr18Ni9Ti)钢板作为基体，使用混料机对原料粉末机械混合2小时制备复合粉末，通过激光熔覆将复合粉末涂覆在奥氏体不锈钢表面。本发明的奥氏体不锈钢自润滑耐磨涂层可以用于自润滑关节轴承，表面涂层摩擦系数为0.25～0.35，表面硬度为HV250～280。

Description

一种奥氏体不锈钢自润滑耐磨耐蚀涂层
技术领域 本发明涉及一种金属涂层及制备方法。
背景技术 对航空飞行器而言，其绝大多数轴承都不能专门配备润滑系统。在其飞行期间，没有条件对关键部位的轴承及时补充润滑油脂。因此，航空飞行器关键部位的关节轴承绝大多数为自润滑关节轴承(内、外圈和自润滑膜)。自润滑关节轴承仿人体关节功能，用纤维编织复合自润滑复合材料仿人体关节自润滑膜，实现了自润滑、免维护，并具有体积小、重量轻、结构简单、安全可靠等特点，成为提高新一代航空飞行器的关键部件。
奥氏体不锈钢因其无磁性、无相变、高的耐腐蚀性，可以满足航空航天领域对高低温、辐射、腐蚀等环境的要求，其应用越来越广泛，特别用于制造航空飞行器自润滑关节轴承引起人们的关注。
随着自润滑关节轴承在航空领域应用领域的不断扩大，人们对其使用寿命的要求也越来越高，在致力于制备出更高性能的纤维编织复合自润滑膜的同时，还在致力于制备出具有自润滑性能的轴承内外圈表面，以延长自润滑关节轴承的使用寿命。
作为自润滑关节轴承的内外表面，在服役过程中不仅要具有较高的自润滑性能，而且还要具有较高的耐磨性能。而奥氏体不锈钢因其硬度较低，其耐磨性不能满足工作要求。特别是由于奥氏体不锈钢具有无相变特点，即使采用热处理强化也无法提高其耐磨性。近年来，通过在激光熔覆涂层添加陶瓷(如WC)颗粒来提高其耐磨性已经开展了广泛的研究。但是，WC与奥氏体不锈钢基体结合性较差，在服役过程中，极易从奥氏体表面剥落，从而降低了耐磨性能。
MoS2作为润滑剂被广泛应用于制备自润滑合金或涂层，可以明显提高合金表面的自润滑性能，然而在制备奥氏体不锈钢自润滑涂层时还有一个问题需要解决，即添加MoS2实现自润滑，添加陶瓷颗粒来提高其耐磨性，可能会降低奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能。
发明内容 本发明的目的在于提供一种表面具有自润滑性能、耐磨性高、耐腐蚀性好、寿命长的奥氏体不锈钢自润滑耐磨耐蚀涂层。
本发明的奥氏体不锈钢自润滑耐磨耐蚀涂层，其涂层粉末的原料的质量百分比为(wt％)：Ni包敷MoS2粉末10～20、B4C粉末5～10、Y2O3粉末5～10、余量为奥氏体不锈钢粉末；上述原料粒度均为60～80目。所述奥氏体不锈钢为1Cr18Ni9Ti。
上述奥氏体不锈钢自润滑耐磨耐蚀涂层的制备方法：
1、去除基体表面的氧化皮，增强粉末在奥氏体不锈钢基体表面的附着能力，将基体表面用不同型号的砂纸打磨，酒精清洗干净，吹风机吹干表面；
2、按照质量配比称取原料粉末，使用混料机对原料粉末机械混合2小时制备复合粉末；
3、因为复合粉末的尺寸较小，不能采用同轴送粉的方式，选择预置粉末的方法将复合粉末直接铺设在奥氏体不锈钢基板上；
4、为了减少激光熔覆产生的热裂纹，铺粉前需要对奥氏体不锈钢基板进行预热，预热温度为200℃；
5、为了避免熔覆后的奥氏体不锈钢基板发生弯曲，需提前将奥氏体不锈钢基板固定在工作台上；
6、在激光熔覆过程中，激光光束的功率为2kW，扫描速度为5mm/s，搭接率为50％；
7、为了防止基体和粉末在高能激光束下迅速熔化和凝固过程中被空气氧化，在熔覆过程中全程需要Ar气保护。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、不仅在奥氏体不锈钢表面涂层存在MoS2，而且在激光熔覆过程中，部分MoS2发生分解，分解的MoS2的S与奥氏体不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的Cr发生反应，生成CrySx。CrySx与MoS2相似，同样具有自润滑性能，在CrySx与MoS2共同作用下使表面涂层具有较高的自润滑性能。基体的摩擦系数为0.6，与基体相比较，涂层的摩擦系数为0.25～0.35。同时，分解的MoS2的Mo可以固溶在奥氏体不锈钢，起到固溶强化作用。
2、在奥氏体不锈钢自润滑耐磨涂层中添加硬度极高、具有类金刚石结构的B4C颗粒，起到颗粒弥散强化的作用，使奥氏体不锈钢基体保证具有自润滑性能的同时，涂层具有较高的硬度和耐磨性，基体的硬度为HV180，与基体相比较，涂层的硬度为HV250～280。在200N的力下，循环1200s添加5wt％B4C涂层失重0.028g，而添加10wt％B4C涂层失重0.025g，即随着B4C加入量的增加，失重率减少，耐磨性增加。
3、在奥氏体不锈钢自润滑耐磨涂层中添加Y2O3粉末，使表面涂层的自腐蚀电位有所增大，提高了涂层的热力学稳定性；同时，自腐蚀电流也有所减小，降低了不锈钢表面腐蚀的速率。即耐腐蚀性能进一步提高。
4、本发明的奥氏体不锈钢自润滑耐磨耐蚀涂层不仅可以广泛的应用到空间飞行器的自润滑关节轴承，而且也可以应用于汽车、工程机械等领域的自润滑关节轴承，其市场空间十分广阔。
具体实施方式
实施例1：
取Ni包敷MoS2粉末20g、B4C粉末10g、Y2O3粉末10g、奥氏体不锈钢粉末60g；选用奥氏体不锈钢(1Cr18Ni9Ti)钢板作为基体。将基体表面用不同型号的砂纸打磨，酒精清洗干净，吹风机吹干表面；使用混料机对上述粉末机械混合2小时，制得复合粉末；选择预置粉末的方法将复合粉末直接铺设在奥氏体不锈钢基板上；铺粉前对奥氏体不锈钢基板进行预热200℃；然后将奥氏体不锈钢基板固定在工作台上；在激光熔覆过程中，激光光束的功率为2kW，扫描速度为5mm/s，搭接率为50％；在高能激光束下迅速熔化和凝固过程中被空气氧化，在熔覆过程中全程需要Ar气保护。制备的奥氏体不锈钢自润滑耐磨涂层摩擦系数为0.25，表面涂层硬度为HV280，在200N的力下，循环1200s涂层失重0.025g。
实施例2：
取Ni包敷MoS2粉末15g、B4C粉末7g、Y2O3粉末7g、奥氏体不锈钢粉末71g；选用奥氏体不锈钢(1Cr18Ni9Ti)钢板作为基体。将基体表面用不同型号的砂纸打磨，酒精清洗干净，吹风机吹干表面；使用混料机对上述粉末机械混合2小时，制得复合粉末；选择预置粉末的方法将复合粉末直接铺设在奥氏体不锈钢基板上；铺粉前对奥氏体不锈钢基板进行预热200℃；然后将奥氏体不锈钢基板固定在工作台上；在激光熔覆过程中，激光光束的功率为2kW，扫描速度为5mm/s，搭接率为50％；在高能激光束下迅速熔化和凝固过程中被空气氧化，在熔覆过程中全程需要Ar气保护。制备的奥氏体不锈钢自润滑耐磨涂层摩擦系数为0.30，表面涂层硬度为HV265，在200N的力下，循环1200s涂层失重0.026g。
实施例3：
取Ni包敷MoS2粉末10g、B4C粉末5g、Y2O3粉末5g、奥氏体不锈钢粉末80g；选用典型的奥氏体不锈钢(1Cr18Ni9Ti)钢板作为基体。将基体表面用不同型号的砂纸打磨，酒精清洗干净，吹风机吹干表面；使用混料机对上述粉末机械混合2小时，制得复合粉末；选择预置粉末的方法将复合粉末直接铺设在奥氏体不锈钢基板上；铺粉前对奥氏体不锈钢基板进行预热200℃；然后将奥氏体不锈钢基板固定在工作台上；在激光熔覆过程中，激光光束的功率为2kW，扫描速度为5mm/s，搭接率为50％；在高能激光束下迅速熔化和凝固过程中被空气氧化，在熔覆过程中全程需要Ar气保护。制备的奥氏体不锈钢自润滑耐磨涂层摩擦系数为0.35，表面涂层硬度为HV250，在200N的力下，循环1200s涂层失重0.028g。

Claims (3)

1.一种奥氏体不锈钢自润滑耐磨耐蚀涂层，其特征在于：其涂层的粉末原料的质量百分比wt％为：Ni包敷MoS2粉末10～20％、B4C粉末5～10％、Y2O3粉末5～10％、余量为奥氏体不锈钢粉末。
2.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢自润滑耐磨耐蚀涂层，其特征在于：所述原料粒度均为60～80目。
3.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢自润滑耐磨耐蚀涂层，其特征在于：所述奥氏体不锈钢为1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢。
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