CN109338267B - 一种具有自润滑高强度高硬度同步齿环涂层制备方法 - Google Patents

一种具有自润滑高强度高硬度同步齿环涂层制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于表面工程技术领域，涉及一种具有自润滑高强度高硬度同步齿环涂层制备方法，特别是一种CFx‑BN‑Mo2S/Cr3C2‑Mo2C‑VC同步齿环涂层的制备方法。本发明是一种具有自润滑高强度高硬度同步齿环涂层制备方法，该方法基于碳化铬‑碳化钼‑碳化钒材料的高强度、高硬度、耐磨性、耐蚀性和组织稳定性，再添加氟化石墨、氮化硼、二硫化钼和微量WC‑10Co‑4Cr作为增强剂，利用超音速火焰喷涂喷涂在同步齿环表面，较传统同步齿环的抗疲劳性、抗氧化性、耐腐蚀性、耐磨性大幅提升，涂层有很好的组织稳定性和自润滑性，大大提高了同步齿环的使用寿命。

Description

一种具有自润滑高强度高硬度同步齿环涂层制备方法
技术领域
本发明属于表面工程技术领域，涉及一种具有自润滑高强度高硬度同步齿环涂层制备方法，特别是一种CFx- BN-Mo2S/Cr3C2- Mo2C-VC同步齿环涂层的制备方法。
背景技术
随着汽车工业的发展，对发动机、同步器等汽车的重要部件要求越来越高，不仅要求基体材料的性能，而且对零件表面性能要求也越来越高。同步器，作为汽车的重要部件，同步器的优劣将直接影响着汽车的灵活性和稳定性。而同步齿环又是同步器的关键零件。为了提高同步齿环的表面性能一般都采用热喷涂的方法。
现有的同步齿环涂层以二氧化钼和碳化铬居多，二氧化钼和碳化铬材料具有高强度、高硬度、耐磨性、耐蚀性和组织稳定性的特征；喷涂方式主要为等离子喷涂法和火焰喷涂法，使用等离子喷涂的涂层，其硬度和孔隙率都达不到所需要求，并且涂层与氧气敏感，而火焰喷涂法影响因素较多，如O2-C2H2的比例、合金丝的粗细及送丝速度等都会影响涂层的硬度、结合强度、抗拉强度、剪切强度和孔隙率。而超音速火焰喷涂的涂层不仅结合强度高，且致密，耐磨损性能优越，其耐磨损性能大幅度超过等离子喷涂层，与爆炸喷涂层相当，也超过了电镀硬铬层、喷熔层，应用极其广泛。
因此，为了提高同步齿环的稳定性和使用寿命，提出一种以碳化铬-碳化钼-碳化钒作为基体材料，以氟化石墨、氮化硼、二硫化钼和微量WC-10Co-4Cr作为增强剂，利用超音速火焰喷涂喷涂的方法，制备具有自润滑高强度高硬度的同步齿环涂层。使用该方法制备的同步齿环涂层具有涂层结合强度高、组织稳定、硬度高、耐磨耐蚀、不能与相配合的零件发生粘连等优良的特性，具有重要的工业应用价值和广泛的应用领域。
发明内容
本发明专利的目的是：为了提高同步齿环的稳定性和使用寿命，提出一种加工工艺稳定、生产成本低廉、无污染排放、可使用常规方法热喷涂条件下组织生产的具有自润滑高强度高硬度的同步齿环涂层制备方法，较传统同步齿环的抗疲劳性、抗氧化性、耐腐蚀性、耐磨性大幅提升，涂层有很好的组织稳定性，大大提高了同步齿环的使用寿命。
本发明专利的技术方案是：本发明是一种具有自润滑高强度高硬度同步齿环涂层制备方法，该方法基于碳化铬-碳化钼-碳化钒材料的高强度、高硬度、耐磨性、耐蚀性和组织稳定性，再添加氟化石墨、氮化硼、二硫化钼和微量WC-10Co-4Cr作为增强剂，利用超音速火焰喷涂喷涂在同步齿环表面，与原有的技术相比，提高了同步齿环的抗疲劳性、抗氧化性、耐腐蚀性、耐磨性和组织稳定性。
本发明是一种具有自润滑高强度高硬度同步齿环涂层的制备方法，如下：
（1）碳化铬-碳化钼-碳化钒纳米超细粉制备：将铬粉、二氧化钼粉末和五氧化二钒粉末按照质量分数3：2：2配制，采用加入无水乙醇并搅拌均匀，通过超声振荡处理5分钟-10分钟后，然后加入适量纳米尺寸的活性炭粉末，继续超声振荡处理30分钟-50分钟后转移到坩埚中，然后在真空炉中1600-1800℃高温煅烧下并保温3小时左右，使铬、二氧化钼和五氧化二钒进行碳化反应，然后将得到的混合固体进行机械研磨；最后得到平均颗粒度为40纳米-100纳米的超细碳化铬-碳化钼-碳化钒混合粉末颗粒。
3Cr+2C→Cr3C2
2MoO2+3C→Mo2C+2CO2↑
2V2O5+9C→4VC+5CO2↑
（2）配制自润滑涂层粉末：将超细碳化铬-碳化钼-碳化钒混合粉末颗粒、氟化石墨、氮化硼、二硫化钼和WC-10Co-4Cr按质量分数为（60-85）：（10-15）：（9-14）：（10-16）：（1-3）的比例混合，通过机械化球磨法进行粒度细化处理，最后得到平均颗粒度为40纳米-100纳米的超细混合物粉末颗粒。
碳化铬-碳化钼-碳化钒材料具有高熔点和硬度、良好热稳定性、机械稳定性和极好抗腐蚀性等特点，添加少量WC-10Co-4Cr作为粘结相，以提高涂层与基材的结合强度，同时添加二硫化钼、氟化石墨和氮化硼等具有自润滑的材料，以使涂层具有优良的自润滑性能。
（3）同步齿环表面活化：用干净的压缩空气驱动清洁的白刚玉砂粒对工件表面进行5-10秒喷射，可去除基材表面油层、氧化膜，并使表面部分金属产生晶格畸变，有利于涂层与基材的结合。
4）超音速火焰喷涂：控制超音速火焰喷涂参数使超细混合粉末颗粒均匀喷涂在同步齿环表面，实现自润滑高强度高硬度同步齿环涂层的制备；喷涂工艺参数：丙烷（燃料气）压力0. 40 MPa，流量530 L/min；氧气（助燃气）压力0.55 MPa，流量43 L/min；氮气（送粉气）压力0.40 MPa，流量43 L/min；喷涂层厚度280～320μm。
与现有的同步齿环涂层相比，具备以下优点：
（1）强度、硬度更高，并且具备自润滑性。涂层表面晶粒尺寸细小，分布均匀，组织稳定性高，WC-10Co-4Cr颗粒借助超音速火焰喷涂射流喷出时获得一定的速度，撞击在已沉积涂层上，增强了涂层与基体的机械咬合，增加了涂层内部层与层之间的内聚力，使涂层的硬度以及结合强度均逐渐提高，增强了涂层的组织稳定性。
（2）耐磨性和抗疲劳性更为优越，涂层与基材结合性能好，加入氟化石墨、氮化硼等具备自润滑性能的材料，使涂层也具备了自润滑性能，大大提高了模具的使用寿命。对基体表面进行活化预处理，大大增强了涂层与基体材料的结合强度。
具体实施方式
下面给出本发明的最佳实施例：
实施例1
第一步：将铬粉、二氧化钼粉末和五氧化二钒粉末按照质量分数3：2：2配制，采用加入无水乙醇并搅拌均匀，通过超声振荡处理8分钟后，然后加入适量纳米尺寸的活性炭粉末，继续超声振荡处理30分钟后转移到坩埚中，然后在真空炉中1800℃高温煅烧下并保温3小时左右，使铬、二氧化钼和五氧化二钒进行碳化反应，然后将得到的混合固体进行机械研磨；最后得到平均颗粒度为60纳米的超细碳化铬-碳化钼-碳化钒混合粉末颗粒。
第二步：将超细碳化铬-碳化钼-碳化钒混合粉末颗粒、氟化石墨、氮化硼、二硫化钼和WC-10Co-4Cr按质量分数为85：10：11：10：1的比例混合，通过机械化球磨法进行粒度细化处理，最后得到平均颗粒度为60纳米的超细混合物粉末颗粒。
第三步：用干净的压缩空气驱动清洁的白刚玉砂粒对工件表面进行5秒喷射，去除基材表面油层、氧化膜。
第四步：控制超音速火焰喷涂参数：丙烷（燃料气）压力0. 40 MPa，流量530L/min；氧气（助燃气）压力0.55 MPa，流量43 L/min；氮气（送粉气）压力0.40 MPa，流量43 L/min；将超细混合粉末颗粒均匀喷涂在同步齿环表面，喷涂层厚度为300μm。
实施例2
第一步：将铬粉、二氧化钼粉末和五氧化二钒粉末按照质量分数3：2：2配制，采用加入无水乙醇并搅拌均匀，通过超声振荡处理7分钟后，然后加入适量纳米尺寸的活性炭粉末，继续超声振荡处理40分钟后转移到坩埚中，然后在真空炉中1800℃高温煅烧下并保温3小时左右，使铬、二氧化钼和五氧化二钒进行碳化反应，然后将得到的混合固体进行机械研磨；最后得到平均颗粒度为40纳米的超细碳化铬-碳化钼-碳化钒混合粉末颗粒。
第二步：将超细碳化铬-碳化钼-碳化钒混合粉末颗粒、氟化石墨、氮化硼、二硫化钼和WC-10Co-4Cr按质量分数为70：12：11：12：3的比例混合，通过机械化球磨法进行粒度细化处理，最后得到平均颗粒度为40纳米的超细混合物粉末颗粒。
第三步：用干净的压缩空气驱动清洁的白刚玉砂粒对工件表面进行5秒喷射，去除基材表面油层、氧化膜。
第四步：控制超音速火焰喷涂参数：丙烷（燃料气）压力0. 40 MPa，流量530 L/min；氧气（助燃气）压力0.55 MPa，流量43 L/min；氮气（送粉气）压力0.40 MPa，流量43 L/min；将超细混合粉末颗粒均匀喷涂在同步齿环表面，喷涂层厚度为300μm。
实施例3
第一步：将铬粉、二氧化钼粉末和五氧化二钒粉末按照质量分数3：2：2配制，采用加入无水乙醇并搅拌均匀，通过超声振荡处理8分钟后，然后加入适量纳米尺寸的活性炭粉末，继续超声振荡处理30分钟后转移到坩埚中，然后在真空炉中1800℃高温煅烧下并保温3小时左右，使铬、二氧化钼和五氧化二钒进行碳化反应，然后将得到的混合固体进行机械研磨；最后得到平均颗粒度为60纳米的超细碳化铬-碳化钼-碳化钒混合粉末颗粒。
第二步：将超细碳化铬-碳化钼-碳化钒混合粉末颗粒、氟化石墨、氮化硼、二硫化钼和WC-10Co-4Cr按质量分数为60：13：13：13：2的比例混合，通过机械化球磨法进行粒度细化处理，最后得到平均颗粒度为60纳米的超细混合物粉末颗粒。
第三步：用干净的压缩空气驱动清洁的白刚玉砂粒对工件表面进行5秒喷射，去除基材表面油层、氧化膜。
第四步：控制超音速火焰喷涂参数：丙烷（燃料气）压力0. 40 MPa，流量530 L/min；氧气（助燃气）压力0.55 MPa，流量43 L/min；氮气（送粉气）压力0.40 MPa，流量43 L/min；将超细混合粉末颗粒均匀喷涂在同步齿环表面，喷涂层厚度为320μm。

Claims (1)

1.一种具有自润滑高强度高硬度同步齿环涂层制备方法，其特征是一种基于碳化铬-碳化钼-碳化钒材料的高强度、高硬度、耐磨性、耐蚀性和组织稳定性，再添加氟化石墨、氮化硼、二硫化钼和微量WC-10Co-4Cr 作为增强剂，利用超音速火焰喷涂法喷涂在同步齿环表面制成的具有自润滑高强度高硬度的同步齿环涂层；
（a）碳化铬-碳化钼-碳化钒纳米超细粉制备：将铬粉、二氧化钼粉末和五氧化二钒粉末按照质量分数 3：2：2配制，采用加入无水乙醇并搅拌均匀，通过超声振荡处理5分钟-10分钟后，然后加入适量纳米尺寸的活性炭粉末，继续超声振荡处理30分钟-50分钟后转移到坩埚中，然后在真空炉中1600-1800℃高温煅烧下并保温3小时，使铬、二氧化钼和五氧化二钒进行碳化反应，然后将得到的混合固体进行机械研磨最后得到平均颗粒度为40 纳米-100纳米的超细碳化铬-碳化钼-碳化钒混合粉末颗粒；
（b）配制自润滑涂层粉末：将超细碳化铬-碳化钼-碳化钒混合粉末颗粒、氟化石墨、氮化硼、二硫化钼和WC-10Co-4Cr 按质量分数为(60-85) ：(10-15) ：(9-14)：(10-16)：(1-3)的比例混合，通过机械化球磨法进行粒度细化处理，最后得到平均颗粒度为40纳米-100纳米的超细混合物粉末颗粒；
（c）同步齿环表面活化：用干净的压缩空气驱动清洁的白刚玉砂粒对工件表面进行5-10 秒喷射，可去除基材表面油层、氧化膜，并使表面部分金属产生晶格畸变，有利于涂层与基材的结合；
（d）超音速火焰喷涂：控制超音速火焰喷涂参数使超细混合粉末颗粒均匀喷涂在同步齿环表面，实现自润滑高强度高硬度同步齿环涂层的制备；喷涂工艺参数：燃料气：丙烷，压力0.40 MPa，流量530 L/min；助燃气：氧气，压力0.55 MPa，流量43 L/min；送粉气：氮气压力0.40MPa，流量 43 L/min；喷涂层厚度280~320μm。
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