CN109267042A - 钢铁材料耐磨自润滑涂层的制备方法 - Google Patents

钢铁材料耐磨自润滑涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明具体涉及一种钢铁材料耐磨自润滑涂层的制备方法，其首先对基体进行粗化处理，然后在基体表面制备自润滑涂层A，并对自润滑涂层A进行打磨处理，再对试样件进行前处理，然后制备硬质颗粒增强相，最后在硬质增强相上制备自润滑涂层B，所述粗化处理采用化学粗化或机械粗化法，所述化学粗化处理所用粗化液中含有270‑400g/L的浓硫酸，50‑140g/L的浓硝酸、40‑90g/L的氯化铁、1‑20g/L的聚乙二醇和1‑20g/L的丙三醇，所述机械粗化法包括喷砂粗化、喷丸粗化或抛丸粗化。该方法能够降低涂层的干膜摩擦系数，提高涂层的耐摩擦磨损寿命，制得的涂层耐蚀性能优异。

Description

钢铁材料耐磨自润滑涂层的制备方法
技术领域
本发明属于使用pH＜6之酸性水溶液的反应液与表面反应，覆盖层中留存表面材料反应产物的金属材料表面化学处理技术领域，具体涉及一种钢铁材料耐磨自润滑涂层的制备方法。
背景技术
磨损是机械设备零部件最常见的失效形式之一，据一些工业发达国家统计，每年因磨损而损失的钢材占总产量的7％左右，造成的经济损失达100-150亿元之多(“耐磨自润滑协和涂层的制备和性能研究”，王玮，中国石油大学，2006年，第2页，公开日2006年12月31日)。
随着科学技术的不断发展，工业生产日益向着高参数(如高精、高温、高压和高速)方向发展，各种机械零件的服役条件越来越苛刻，因而对材料的性能要求也就越来越多，越来越高，越来越严(“耐磨自润滑协和涂层的制备和性能研究”，王玮，中国石油大学，2006年，第2页，公开日2006年12月31日)。越来越多的精密设备、装备的关键运动、转动或滑动部件在使用过程中，不仅要求其具有良好的耐磨性，确保使用过程中的精确性、稳定性；还要求其具有一定的减摩自润滑性能，从而确保其在无油、真空或长时间静置等复杂环境条件下的运动灵活性。
目前，物理气相沉积、化学气相沉积、Teflon涂料技术等先进的表面防护技术在工程实践上得到了充分应用，其防护性能也在不断进行创新。如TiN、TiC等耐磨膜层的应用，大幅提高了精密设备、装备关键运动部件的耐磨损寿命，但其自润滑性能相对较差；而自润滑涂层如二硫化钼涂层、Teflon涂层等，虽然具有良好的自润滑特性，但耐磨寿命相对较短；在某些润滑涂料中添加耐磨微粒(二氧化硅、碳化硅等)，能够有效改善涂层的耐磨寿命问题，然而，在实际应用中存在表面容易粉化、附着力较差等问题。综上，目前钢铁材料表面主要耐磨自润滑防护工艺已经不能完全满足产品或装备越来越广泛的使用需求，成为了制约精密设备、装备进一步发展的瓶颈技术。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钢铁材料耐磨自润滑涂层的制备方法，该方法降低了涂层的干膜摩擦系数，提高了涂层的耐摩擦磨损寿命，提高了涂层在使用过程中的稳定性。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
钢铁材料耐磨自润滑涂层的制备方法，首先对基体进行粗化处理，然后在基体表面制备自润滑涂层A，并对自润滑涂层A进行打磨处理，再对试样件进行前处理，然后制备硬质颗粒增强相，最后在硬质颗粒增强相上制备自润滑涂层B，所述粗化处理采用化学粗化或机械粗化法，所述化学粗化处理所用粗化液中含有270-400g/L的浓硫酸，50-140g/L的浓硝酸，40-90g/L的氯化铁，1-20g/L的聚乙二醇和1-20g/L的丙三醇，所述机械粗化法包括喷砂粗化、喷丸粗化或抛丸粗化。
所述浓硫酸和浓硝酸的含量分别指每1L溶液中含有的浓硫酸和浓硝酸的质量。
所述喷砂法所用磨料为粒径为60目以上的金刚砂、玻璃砂、圆角钢砂或金刚砂、玻璃砂与圆角钢砂的混合磨料，所述喷丸粗化或抛丸粗化所用磨料为粒径为60目以上的铸铁丸、铸钢丸、陶瓷丸、玻璃丸或铸铁丸、铸钢丸、陶瓷丸与玻璃丸的混合磨料。
所述自润滑涂层A可以选用二硫化钼自润滑涂层体系如二硫化钼环氧自润滑涂层，氟聚合物涂层体系如FEP、PVDF、PTFE涂层以及其它低摩擦系数自润滑涂层体系。
所述自润滑涂层A的制备可以采用喷涂法、浸涂法、刷涂法或滚涂法。
采用喷涂法制备自润滑涂层A，应采用高雾化率喷枪，自润滑涂料固体组分质量含量一般为10％-60％，通过调节高雾化率喷枪的进料量、喷涂距离以及喷涂次数，能够在钢铁基体表面均匀制备出厚度为10-50μm的自润滑涂层A。
浸涂法先将工件浸没在涂料中5s-60s，然后取出，通过高速离心机去除表面多余涂料。浸涂法自润滑涂料的固体份含量一般为10-40％，浸涂法可以采用一次浸涂或多次浸涂的方法，在基体表面均匀制备出厚度为10-50μm的自润滑涂层A。
刷涂法或滚涂法主要通过降低涂料中有机溶剂的挥发速率、添加流平剂等方法，使自润滑涂料通过自流平的方式在基体表面制备出均匀的自润滑涂层，自润滑涂料中固体组分的质量含量为30-60％。
所述打磨应将涂层粗糙表面的波峰磨平，但不对涂层表面的波谷产生明显影响。
所述打磨可以采用手工打磨、电动工具打磨或机械磨削等方式。
所述硬质颗粒增强相采用化学法或电化学法制备。
化学法制备硬质颗粒增强相可以采用以下但不止于以下一种或几种方法制备：化学镀Ni、化学镀Ni-P、化学镀Ni-B、化学复合镀Ni-P/SiC、化学复合镀Ni-P/Al2O3等。
电化学法制备硬质颗粒增强相可以采用以下但不止于以下一种或几种方法制备：电镀Ni、电镀Cr、复合电镀Ni/SiC以及复合电镀Ni/Al2O3等。
在本发明中，硬质颗粒增强相与自润滑涂层协同作用，可大幅度增加钢铁材料构件在无油状态下的自润滑性能，提高关键构件的工作稳定性。
发明人在研究过程中发现，采用以下方法：首先对基体进行粗化处理，然后在基体表面制备自润滑涂层A，并对自润滑涂层A进行打磨处理，再对试样件进行前处理，然后制备硬质颗粒增强相，最后在硬质颗粒增强相上制备自润滑涂层B，所述粗化处理采用化学粗化或机械粗化法，所述化学粗化处理所用粗化液中含有270-400g/L的硫酸，50-140g/L的硝酸，40-90g/L的氯化铁，1-20g/L的聚乙二醇和1-20g/L的丙三醇，所述机械粗化法包括喷砂粗化、喷丸粗化或抛丸粗化；能够降低涂层的干膜摩擦系数，提高涂层的耐摩擦磨损寿命。
进一步，所述自润滑涂层A为有机涂层、无机涂层或复合功能性涂层。
进一步，所述粗化处理的程度为使基体表面粗糙度为15-80μm，且基体表面外观均匀一致，无发亮、发花等粗化不良现象。
进一步，所述化学粗化处理的温度为50-80℃，时间为50-120min。
进一步，所述自润滑涂层A的厚度≤50μm。
进一步，所述自润滑涂层A为有机涂层、无机涂层或复合功能性涂层。
进一步，所述打磨处理的程度为使裸露基体面积为总面积的20％-50％，且单个岛状裸露钢铁基体面积≤0.8cm2的总数不小于裸露基体总面积的75％。
进一步，所述前处理包括溶剂除油、碱性除油、清水漂洗、电化学除油、清水漂洗、酸性活化、清水漂洗、碱性中和及清水漂洗工序。
进一步，所述自润滑涂层B的厚度为10-60μm。
所述自润滑涂层B可以与自润滑涂层A的涂料相同，也可以不同，但自润滑涂层B应与自润滑涂层A及硬质颗粒增强相具有良好的附着力。
自润滑涂层B的制备可以采用喷涂法、浸涂法、刷涂法或滚涂法，制备方法与自润滑涂层A的制备方法相同。应与硬质颗粒增强相共同形成外观均匀一致的耐磨、自润滑一体化复合涂层。
进一步，所述钢铁材料耐磨自润滑涂层的制备方法，具体包括以下步骤：
A.基体粗化
采用化学法或机械法对基体进行粗化处理，使基体表面粗糙度为15-80μm，且基体表面外观均匀一致，无发亮、发花等粗化不良现象；所述粗化处理采用化学粗化或机械粗化法，所述化学粗化处理所用粗化液中含有270-400g/L的浓硫酸，50-140g/L的浓硝酸，40-90g/L的氯化铁，1-20g/L的聚乙二醇和1-20g/L的丙三醇，化学粗化处理的温度为50-80℃，时间为50-120min；所述机械粗化法包括喷砂粗化、喷丸粗化或抛丸粗化；
B.制备厚度≤50μm的自润滑涂层A
C.打磨处理
对自润滑涂层A进行打磨处理，打磨处理的程度为使裸露基体的面积为总面积的20％-50％，单个岛状裸露基体面积≤0.8cm2的总数不小于裸露基体总面积的75％；
D.前处理
对试样件进行溶剂除油、碱性除油、清水漂洗、电化学除油、清水漂洗、酸性活化、清水漂洗、碱性中和及清水漂洗工序；
碱性除油所用溶液中含有50-85g/L的氢氧化钠，15-70g/L的碳酸钠，2-15g/L的硅酸钠，碱性除油的温度为70-95℃，时间为5-30min；
电化学除油采用阳极除油法，所用溶液中含有5-30g/L的氢氧化钠，40-70g/L的碳酸钠，40-65g/L的硅酸钠，电化学除油的温度为50-85℃，电流密度为4-12A/dm2，处理时间为10-60s；
酸性活化采用质量分数为3％-6％的硫酸溶液进行处理，时间为10-60s；
E.制备硬质颗粒增强相
F.制备厚度为10-60μm的自润滑涂层B。
发明人在研究过程中发现，包括以下步骤：
A.钢铁基体粗化
采用化学法或机械法对基体进行粗化处理，使基体表面粗糙度为15-80μm，且基体表面外观均匀一致，无发亮、发花等粗化不良现象；所述粗化处理采用化学粗化或机械粗化法，所述化学粗化处理所用粗化液中含有270-400g/L的浓硫酸，50-140g/L的浓硝酸，40-90g/L的氯化铁，1-20g/L的聚乙二醇和1-20g/L的丙三醇，化学粗化处理的温度为50-80℃，时间为50-120min；所述机械粗化法包括喷砂粗化、喷丸粗化或抛丸粗化；
B.制备厚度≤50μm的自润滑涂层A
C.打磨处理
对自润滑涂层A进行打磨处理，打磨处理的程度为使裸露基体的面积为总面积的20％-50％，单个岛状裸露基体面积≤0.8cm2的总数不小于裸露基体总面积的75％；
D.前处理
对试样件进行溶剂除油、碱性除油、清水漂洗、电化学除油、清水漂洗、酸性活化、清水漂洗、碱性中和及清水漂洗工序；
碱性除油所用溶液中含有50-85g/L的氢氧化钠，15-70g/L的碳酸钠，2-15g/L的硅酸钠，碱性除油的温度为70-95℃，时间为5-30min；
电化学除油采用阳极除油法，所用溶液中含有5-30g/L的氢氧化钠，40-70g/L的碳酸钠，40-65g/L的硅酸钠，电化学除油的温度为50-85℃，电流密度为4-12A/dm2，处理时间为10-60s；
酸性活化采用质量分数为3％-6％的硫酸溶液进行处理，时间为10-60s；
E.制备硬质颗粒增强相
F.制备厚度为10-60μm的自润滑涂层B；
本发明的方法能够降低涂层的干膜摩擦系数，提高涂层的耐摩擦磨损寿命，提高了涂层在使用过程中的稳定性，使其能够在精密设备、装备运动、滑动或转动关键部件上进行推广应用，提高其在无油、真空或长时间静置等复杂环境条件下的运动灵活性；避免了常规硬质耐磨涂层制备过程中产生的高应力作用，明显提高了构件使用过程中的抗疲劳性能，能够在柔性构件、循环受力构件等复杂受力构件上进行推广应用，满足其耐磨、自润滑、耐疲劳的综合使用要求，有效提高了其使用寿命；制得的涂层能够与钢铁、铝合金等多种材料对偶件配套使用，对解决钢铁材料长寿命、自润滑、耐磨损、防冷焊、高真空等应用领域的瓶颈技术问题具有重要的实际价值；制得的涂层耐蚀性能优异，在实际应用中不存在表面易粉化的问题，附着力好。
本发明的有益效果在于：
本发明的方法能够降低涂层的干膜摩擦系数，提高涂层的耐摩擦磨损寿命，制得的涂层外观呈灰色，均匀分布，手感润滑；平均磨耗量(压力5N，磨耗轮CS-17)为6.5-8.3mg/1000r，滑动摩擦系数为0.12-0.18。
本发明的方法提高了涂层在使用过程中的稳定性，使其能够在精密设备、装备运动、滑动或转动关键部件上进行推广应用，提高其在无油、真空或长时间静置等复杂环境条件下的运动灵活性。
本发明避免了常规硬质耐磨涂层制备过程中产生的高应力作用，明显提高了构件使用过程中的抗疲劳性能，能够在柔性构件、循环受力构件等复杂受力构件上进行推广应用，满足其耐磨、自润滑、耐疲劳的综合使用要求，有效提高了其使用寿命。
本发明的方法制得的涂层能够与钢铁、铝合金等多种材料对偶件配套使用，对解决钢铁材料长寿命、自润滑、耐磨损、防冷焊、高真空等应用领域的瓶颈技术问题具有重要的实际价值。
本发明的方法制得的涂层耐蚀性能优异，在实际应用中不存在表面易粉化的问题，使用过程中涂层表面粉化程度为0级。
本发明的方法制得的涂层附着力好，附着力为12-14MPa。
具体实施方式
所举实施例是为了更好地对本发明的内容进行说明，但并不是本发明的内容仅限于所举实施例。所以熟悉本领域的技术人员根据上述发明内容对实施方案进行非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
钢铁材料耐磨自润滑涂层的制备，样件材料选用35钢，规格100mm×50mm×5mm，表面铣削至粗糙度Ra≤1.6，备用。
①将试件置于丙酮或乙酸乙酯等有机溶剂中浸泡2min，然后用脱脂棉擦拭干净；然后在80±5℃的碱性脱脂液进行30min的脱脂处理；再用自来水漂洗30s-60s。
②化学粗化处理：按照表1所示化学粗化液和工艺条件进行化学粗化处理；处理时间60min，然后用自来水漂洗60s，烘干。
表1化学粗化液的组成及工艺条件
备注，所述浓硫酸的含量为300g/L具体为每1L溶液中含有300g浓硫酸，浓硝酸的含量为90g/L具体为每1L溶液中含有90g浓硝酸。
③采用空气喷涂法在粗化处理后的试样表面制备自润滑涂层A，其中，自润滑涂料采用CP02，调整涂料粘度16-20s(室温下采用涂-4#杯测量)。喷涂时应控制试样温度在40℃-50℃，保持喷枪距离试样20-30cm，通过调节喷枪的出料量与气压，通过多道喷涂，控制自润滑涂层A的干膜厚度在20-30μm，将喷涂处理后的试样放入220±5℃的烘箱内，固化处理30min，冷却后，取出样件。
④试件表面的打磨处理：用800#砂纸对本例中第③步制得的试样表面进行打磨处理，通过多次打磨处理，将试件凹凸表面波峰处的自润滑涂料打磨干净，并打磨掉部分基体金属，使波峰处裸露的金属材料呈岛链状在试样表面均匀分布，使波谷的自润滑涂层形成网状结构，控制裸露金属面积占试件总面积30-40％，且单个岛状裸露钢铁基体面积≤0.8cm2的总数不小于裸露钢铁总面积的75％。
⑤硬质颗粒增强相的制备：将打磨处理后的试样置于丙酮或乙酸乙酯等有机溶剂中浸泡2min，然后用脱脂棉擦拭干净；然后在80±5℃的碱性脱脂液进行10min的脱脂处理；再用自来水漂洗30s；将试样作为阳极，采用电化学法对试样进行除油处理，其中电化学除油溶液包括氢氧化钠20g/L，碳酸钠60g/L，硅酸钠50g/L，溶液温度控制为70±5℃，电流密度为8A/dm2，处理时间为15s；自来水漂洗30s；室温条件下，用质量分数为5％的硫酸溶液活化40s；自来水漂洗30s；按表2所示溶液配方和工艺条件采用化学法制备Ni-P硬质颗粒增强相，时间180min，取出后，用自来水漂洗60s。
表2化学法制备Ni-P硬质颗粒增强相的溶液组成及工艺条件
⑥自润滑涂层B的制备：将制备完Ni-P硬质颗粒增强相的试样表面水分吹干，放入70℃的烘箱内干燥30min；采用空气喷涂法在本例中第⑤步制得的试样表面制备自润滑涂层，其中，自润滑涂料采用CP02，调整涂料粘度16-20s。喷涂时应控制试样温度在40℃-50℃，保持喷枪距离试样20-30cm，通过调节喷枪的出料量与气压，采用多道喷涂的方法，控制自润滑涂层干膜厚度在15-30μm，形成外观平整、光滑的一体化耐磨自润滑涂层，将喷涂处理后的试样放入220±5℃的烘箱内，固化处理30min，冷却后，取出样件，即得钢铁材料耐磨自润滑涂层。
实施例2
钢铁材料耐磨自润滑涂层的制备，样件材料选用30CrMnSiA，规格100mm×50mm×5mm，表面铣削至粗糙度Ra≤1.6，备用。
①将试件置于丙酮或乙酸乙酯等有机溶剂中浸泡2min，然后用脱脂棉擦拭干净；然后在80±5℃的碱性脱脂液进行30min的脱脂处理；再用自来水漂洗30s-60s。
②化学粗化处理：按表3所示化学粗化液和工艺条件进行化学粗化处理；处理时间120min，然后用自来水漂洗60s，烘干。
表3化学粗化液的组成及工艺条件
备注，所述浓硫酸的含量为400g/L具体为每1L溶液中含有400g浓硫酸，浓硝酸的含量为140g/L具体为每1L溶液中含有140g浓硝酸。
③采用空气喷涂法在粗化处理后的试样表面制备自润滑涂层A，其中，自润滑涂料采用CP02，调整涂料粘度16-20s(室温下采用涂-4#杯测量)。喷涂时应控制试样温度在40℃-50℃，保持喷枪距离试样20-30cm，通过调节喷枪的出料量与气压，通过多道喷涂，控制自润滑涂层A的干膜厚度在20-30μm，将喷涂处理后的试样放入220±5℃的烘箱内，固化处理30min，冷却后，取出样件。
④试件表面的打磨处理：用800#砂纸对本例中第③步制得的试样表面进行打磨处理，通过多次打磨处理，将试件凹凸表面波峰处的自润滑涂料打磨干净，并打磨掉部分基体金属，使波峰处裸露的金属材料呈岛链状在试样表面均匀分布，使波谷的自润滑涂层形成网状结构，控制裸露金属面积占试件总面积30％-40％，且单个岛状裸露钢铁基体面积≤0.8cm2的总数不小于裸露钢铁总面积的75％。
⑤按照实施例1步骤⑤对打磨处理后的试样进行除油、活化处理后，按表4所示溶液配方和工艺条件，采用化学法制备Ni-P/SiC硬质颗粒增强相，其中表4中的SiC粒径范围为1-2μm，施镀时间180min，试样取出后，用自来水漂洗60s。
表4化学法制备Ni-P/SiC硬质颗粒增强相的溶液组成及工艺
⑥按照实施例1的步骤⑥，在本实施例第⑤步制备的试样表面制备自润滑涂层B。
实施例3
钢铁材料耐磨自润滑涂层的制备，样件材料选用30SiMn2MoVA，规格100mm×50mm×5mm，表面铣削至粗糙度Ra≤1.6，备用。
①将试件置于丙酮或乙酸乙酯等有机溶剂中浸泡2min，然后用脱脂棉擦拭干净；然后在80±5℃的碱性脱脂液进行30min的脱脂处理；再用自来水漂洗30s-60s。
②化学粗化处理：按照表5所示化学粗化液和工艺条件进行化学粗化处理；处理时间120min，然后用自来水漂洗60s，烘干。
表5化学粗化液的组成及工艺条件
备注，所述浓硫酸的含量为270g/L具体为每1L溶液中含有270g浓硫酸，浓硝酸的含量为50g/L具体为每1L溶液中含有50g浓硝酸。
③采用空气喷涂法在粗化处理后的试样表面制备自润滑涂层A，其中，自润滑涂料采用CP02，调整涂料粘度16-20s(室温下采用涂-4#杯测量)。喷涂时应控制试样温度在40℃-50℃，保持喷枪距离试样20-30cm，通过调节喷枪的出料量与气压，通过多道喷涂，控制自润滑涂层A的干膜厚度在20-30μm，将喷涂处理后的试样放入220±5℃的烘箱内，固化处理30min，冷却后，取出样件。
④试件表面的打磨处理：用800#砂纸对本例中第③步制得的试样表面进行打磨处理，通过多次打磨处理，将试件凹凸表面波峰处的自润滑涂料打磨干净，并打磨掉部分基体金属，使波峰处裸露的金属材料呈岛链状在试样表面均匀分布，使波谷的自润滑涂层形成网状结构，控制裸露金属面积占试件总面积30％-40％，且单个岛状裸露钢铁基体面积≤0.8cm2的总数不小于裸露钢铁总面积的75％。
⑤按照实施例1步骤⑤对打磨处理后的试样进行除油、活化处理后，按照表6给示溶液配方和工艺条件，通过电镀Cr的方法制备硬质颗粒增强相，表6中的施镀时间25min，试样取出后，用自来水漂洗60s。
表6电化学法制备Cr硬质颗粒增强相的溶液组成及工艺
⑥按照实施例1的步骤⑥，在本实施例第⑤步制备的试样表面制备自润滑涂层B。
实施例4
钢铁材料耐磨自润滑涂层的制备，样件材料选用30SiMn2MoVA，规格100mm×50mm×5mm，表面铣削至粗糙度Ra≤1.6，备用。
①将试件置于丙酮或乙酸乙酯等有机溶剂中浸泡2min，然后用脱脂棉擦拭干净；然后在80±5℃的碱性脱脂液进行30min的脱脂处理；再用自来水漂洗30s-60s。
②机械粗化处理：选用的磨料为100目的金刚砂，对试样进行喷砂处理，喷砂至试样表面均匀一致后，采用丙酮或乙酸乙酯等有机溶剂对试样表面进行清理，烘干。
③采用空气喷涂法在粗化处理后的试样表面制备自润滑涂层A，其中，自润滑涂料采用CP02，调整涂料粘度16-20s(室温下采用涂-4#杯测量)。喷涂时应控制试样温度在40℃-50℃，保持喷枪距离试样20-30cm，通过调节喷枪的出料量与气压，通过多道喷涂，控制自润滑涂层A的干膜厚度在20-30μm，将喷涂处理后的试样放入220±5℃的烘箱内，固化处理30min，冷却后，取出样件。
④试件表面的打磨处理：用800#砂纸对本例中第③步制得的试样表面进行打磨处理，通过多次打磨处理，将试件凹凸表面波峰处的自润滑涂料打磨干净，并打磨掉部分基体金属，使波峰处裸露的金属材料呈岛链状在试样表面均匀分布，使波谷的自润滑涂层形成网状结构，控制裸露金属面积占试件总面积30％-40％，且单个岛状裸露钢铁基体面积≤0.8cm2的总数不小于裸露钢铁总面积的75％。
⑤按照实施例1步骤⑤对打磨处理后的试样进行除油、活化处理后，按照表7所示溶液配方和工艺条件，通过电镀Cr的方法制备硬质颗粒增强相，表7中的施镀时间25min，试样取出后，用自来水漂洗60s。
表7电化学法制备Cr硬质颗粒增强相的溶液组成及工艺
⑥按照实施例1的步骤⑥，在本实施例第⑤步制备的试样表面制备自润滑涂层B。
性能测试
检测实施例1-4制得的耐磨自润滑涂层的外观、手感、平均厚度、平均磨耗量、滑动摩擦系数、耐蚀性能和附着力，同时，平均磨耗量测试过程中，对涂层表面形貌进行检测，结果如表8所示；
其中，外观的检测方法为目视观察；
手感的检测方法为用手触摸；
平均厚度按照《GB/T13452.2-2008色漆和清漆漆膜厚度》进行检测；
平均磨耗量按照《GB/T1768-2006色漆和清漆耐磨性的测定旋转橡胶轮法》进行检测；
滑动摩擦系数按照《ASTM G133-2005线性往复式球-平面滑动磨损标准试验方法》进行检测；
耐蚀性能按照《GB/T1771-2007色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定方法》进行5％中性盐雾试验120h后，按照《GB/T1766-2008色漆和清漆涂层老化的评价方法》评价等级；
附着力按照《GB/T5210-2006色漆和清漆拉开法附着力试验》进行测试；
表面形貌的检测方法为：采用三维视频显微镜对涂层表面形貌进行观察，并按照《GB/T1766色漆和清漆涂层老化的评级方法》对涂层表面粉化情况进行检测。
表8性能测试结果
由表8可知，本发明的方法制得的钢铁材料耐磨自润滑涂层外观呈灰色，均匀分布，手感润滑；平均厚度为30-38μm，平均磨耗量(压力5N，磨耗轮CS-17)为6.5-8.3mg/1000r，滑动摩擦系数为0.12-0.18，平均磨耗量测试过程中涂层表面未发生粉化现象，涂层表面粉化程度为0级，耐蚀性能为0级，附着力为12-14MPa。由此证明，本发明的方法耐磨性好，自润滑性能好，在实际应用中表面不易发生粉化，耐蚀性能优异，附着力好。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.钢铁材料耐磨自润滑涂层的制备方法，其特征在于，首先对基体进行粗化处理，然后在基体表面制备自润滑涂层A，并对自润滑涂层A进行打磨处理，再对试样件进行前处理，然后制备硬质颗粒增强相，最后在硬质颗粒增强相上制备自润滑涂层B，所述粗化处理采用化学粗化或机械粗化法，所述化学粗化处理所用粗化液中含有270-400g/L的浓硫酸，50-140g/L的浓硝酸，40-90g/L的氯化铁，1-20g/L的聚乙二醇和1-20g/L的丙三醇，所述机械粗化法为喷砂粗化、喷丸粗化或抛丸粗化。
2.根据权利要求1所述钢铁材料耐磨自润滑涂层的制备方法，其特征在于：所述粗化处理的程度为使基体表面粗糙度为15-80μm。
3.根据权利要求1或2所述钢铁材料耐磨自润滑涂层的制备方法，其特征在于：所述化学粗化处理的温度为50-80℃，时间为50-120min。
4.根据权利要求1、2或3所述钢铁材料耐磨自润滑涂层的制备方法，其特征在于：所述自润滑涂层A的厚度≤50μm。
5.根据权利要求1、2、3或4所述钢铁材料耐磨自润滑涂层的制备方法，其特征在于：所述自润滑涂层A为有机涂层、无机涂层或复合功能性涂层。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的钢铁材料耐磨自润滑涂层的制备方法，其特征在于：所述打磨处理的程度为使裸露基体面积为总面积的20%-50%，且单个岛状裸露基体面积≤0.8cm2的总数不小于裸露基体总面积的75％。
7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述钢铁材料耐磨自润滑涂层的制备方法，其特征在于：所述前处理包括溶剂除油、碱性除油、清水漂洗、电化学除油、清水漂洗、酸性活化、清水漂洗、碱性中和及清水漂洗工序。
8.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述钢铁材料耐磨自润滑涂层的制备方法，其特征在于：所述自润滑涂层B的厚度为10-60μm。
9.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述钢铁材料耐磨自润滑涂层的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
A.基体粗化
采用化学法或机械法对基体进行粗化处理，使基体表面粗糙度为15-80μm；所述粗化处理采用化学粗化或机械粗化法，所述化学粗化处理所用粗化液中含有270-400g/L的浓硫酸，50-140g/L的浓硝酸，40-90g/L的氯化铁，1-20g/L的聚乙二醇和1-20g/L的丙三醇，化学粗化处理的温度为50-80℃，时间为50-120min；所述机械粗化法包括喷砂粗化、喷丸粗化或抛丸粗化；
B.制备厚度≤50μm的自润滑涂层A
C.打磨处理
对自润滑涂层A进行打磨处理，打磨处理的程度为使裸露基体的面积为总面积的20%-50％，单个岛状裸露基体面积≤0.8cm2的总数不小于裸露基体总面积的75％；
D.前处理
对试样件进行溶剂除油、碱性除油、清水漂洗、电化学除油、清水漂洗、酸性活化、清水漂洗、碱性中和及清水漂洗处理；
碱性除油所用溶液中含有50-85g/L的氢氧化钠，15-70g/L的碳酸钠，2-15g/L的硅酸钠，碱性除油的温度为70-95℃，时间为5-30min；
电化学除油采用阳极除油法，所用溶液中含有5-30g/L的氢氧化钠，40-70g/L的碳酸钠，40-65g/L的硅酸钠，电化学除油的温度为50-85℃，电流密度为4-12A/dm2，处理时间为10-60s；
酸性活化采用质量分数为3％-6％的硫酸溶液进行处理，时间为10-60s；
E. 制备硬质颗粒增强相
F.制备厚度为10-60μm的自润滑涂层B。
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