CN109504963A - 一种抗辐射固体润滑涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种抗辐射固体润滑涂层及其制备方法，属于表面处理技术领域。以所述涂层组成原料的总质量为100％计，各组成原料及其质量百分数为：铜粉20％～50％，镍包覆二硫化钨粉体50％～80％。将铜粉与镍包覆二硫化钨粉体机械混合均匀后，放置于冷喷涂设备的送粉器中，并将混合后的粉体喷涂于经过喷砂处理的基体表面，在基体表面得到一种抗辐射固体润滑涂层。所述涂层以金属铜为连续相与润滑相，二硫化钨为润滑相，金属镍为铜与二硫化钨之间的过渡相，提升了润滑剂在涂层中的用量与涂层粘结强度。采用冷喷涂法制备得到了高耐磨寿命与抗辐射润滑的涂层。

Description

一种抗辐射固体润滑涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种抗辐射固体润滑涂层及其制备方法，属于表面处理技术领域。
背景技术
离子镀铅、银基润滑涂层等金属基润滑涂层由于具有良好的延展性与抗辐射性，在空间领域滚动、滑动-滚动摩擦副中获得了应用。但受到涂层耐磨损性能的限制，难以满足长寿命活动机构的润滑。随着我国深空探测、空间核电等任务的提出，活动机构不仅运转寿命提升，还将面临在108rad(Si)～109rad(Si)的高辐照环境中服役，因此需要耐磨寿命更长，抗辐射性能优异的固体润滑涂层。
发明专利CN201610006304.8公开了一种冷喷涂铝基自润滑耐磨蚀涂层及其制备方法，通过冷喷涂Al和Al2O3以及二硫化钼和二硫化钨制备获得。具有孔隙率低和良好的耐均匀腐蚀性能；发明专利CN201610006219.1公开了一种冷喷涂铝基自润滑耐磨蚀涂层及其制备方法，通过冷喷涂Al和Al2O3以及铝稀土合金和或铝镁合金与二硫化钼和二硫化钨的组合制备获得。涂层具有良好的耐磨损性能与抗腐蚀性能，可用于海洋钢结构。以上两种涂层中二硫化钨的含量偏低，润滑性能相对较差。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种抗辐射固体润滑涂层及其制备方法，所述涂层以金属铜为连续相与润滑相，二硫化钨为润滑相，金属镍为铜与二硫化钨之间的过渡相。所述方法采用冷喷涂法制备高耐磨寿命与抗辐射润滑涂层，可避免金属基润滑剂铜与润滑剂二硫化钨的氧化；采用镍包覆的二硫化钨粉体进行喷涂，可提升润滑剂在涂层中的用量与涂层粘结强度，实现在多种基体表面喷涂抗辐射固体润滑涂层。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下。
一种抗辐射固体润滑涂层，以所述涂层组成原料的总质量为100％计，各组成原料及其质量百分数为：铜粉20％～50％，镍包覆二硫化钨粉体50％～80％。
优选的，铜粉的D50平均粒径为10μm～60μm。
优选的，镍包覆二硫化钨粉体的D50平均粒径为5μm～30μm，粉体中镍质量百分数为20％～80％，二硫化钨质量百分数为20％～80％。
一种抗辐射固体润滑涂层的制备方法，所述方法步骤如下：
按照2:8～5:5的质量比，将铜粉与镍包覆二硫化钨粉体机械混合均匀后，放置于冷喷涂设备的送粉器中，载气为氦气，压力为3MPa～4MPa，温度为500℃～600℃，喷涂距离为30mm～40mm，送粉速率为0.5L/min～1.5L/min，将混合后的粉体喷涂于经过喷砂处理后表面粗糙度Ra为3.2μm～6.4μm的基体表面，喷枪移动速度为0.02m/s～0.04m/s，喷涂2遍～30遍，在基体表面得到一种抗辐射固体润滑涂层。
优选的，所述基体为金属材料或聚合物复合材料。
优选的，所述涂层厚度为10μm～200μm。
有益效果：
首先，本发明所述涂层中金属铜为连续相与润滑相，二硫化钨为润滑相，金属镍为铜与二硫化钨之间的过渡相，增加了金属与润滑剂的接触面积；相比于单独的二硫化钨粉体，镍包覆的二硫化物制备润滑涂层，可在保证良好的强度的基础上，增加涂层中二硫化钨的用量，喷涂过程中粉体的动能得以提升，从而达到减摩降磨的作用，同时利用金属优异的延展性使润滑剂被牢固粘结于金属表面，保证了涂层的附着力与摩擦学性能；其次，涂层中的三种成分金属铜、镍与二硫化钨均具有优异的抗辐射性能，使涂层的抗辐射性能得到保证；再次，采用冷喷涂技术喷涂铜、镍与二硫化钨复合粉体，可实现在较低的温度下喷涂制备涂层，与常规的热喷涂技术相比，避免了三种成分在喷涂过程中受到氧化或晶型的破坏，保证了金属铜与二硫化钨的润滑性。
本发明特别适合空间高轨环境、空间核电环境中飞行器活动件，如齿轮、涡轮-蜗杆等摩擦副的表面润滑防冷焊处理。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
按照2:8的质量比，将D50平均粒径为10μm铜粉与D50平均粒径为5μm、镍含量为80％的镍包覆二硫化钨粉体机械混合均匀，并放置于冷喷涂设备的送粉器中。载气为氦气，压力为4MPa，温度为600℃，喷涂距离为30mm，送粉速率为0.5L/min。将混合后的粉体喷涂于经过100目氧化铝砂喷砂处理的表面粗糙度Ra为3.2μm的9Cr18不锈钢基体表面，喷枪移动速度为0.02m/s～0.04m/s，喷涂2～3遍，在基体表面得到一种抗辐射固体润滑涂层。
采用Minitest 4100涂层测厚仪测试所述涂层的厚度：所述涂层的厚度为20μm。
采用Positest AT附着力测试仪测试所述涂层的附着力：所述涂层的附着力为6MPa；
采用CSM-1真空球盘摩擦试验机测试所述涂层的摩擦系数：载荷为5N时，所述涂层的真空稳定段平均摩擦系数为0.21。
所述涂层的耐Co60γ射线辐照总剂量不低于5×109rad(Si)。
实施例2
按照5:5的质量比，将D50平均粒径为10μm铜粉与D50平均粒径为5μm、镍含量为20％的镍包覆二硫化钨粉体机械混合均匀，并放置于冷喷涂设备的送粉器中。载气为氦气，压力为4MPa，温度为550℃，喷涂距离为40mm，送粉速率为1.5L/min。将混合后的粉体喷涂于经过100目氧化铝砂喷砂处理的表面粗糙度Ra为6.4μm的9Cr18不锈钢基体表面，喷枪移动速度为0.02m/s～0.04m/s，喷涂4～6遍，在基体表面得到一种抗辐射固体润滑涂层。
采用Minitest 4100涂层测厚仪测试所述涂层的厚度：所述涂层的厚度为50μm。
采用Positest AT附着力测试仪测试所述涂层的附着力：所述涂层的附着力为4.5MPa；
采用CSM-1真空球盘摩擦试验机测试所述涂层的摩擦系数：载荷为5N时，所述涂层的真空稳定段平均摩擦系数为0.14。
所述涂层的耐Co60γ射线辐照总剂量不低于5×109rad(Si)。
实施例3
按照5:5的质量比，将平均粒径为60μm铜粉与平均粒径为30μm、镍含量为20％的镍包覆二硫化钨粉体机械混合均匀，并放置于冷喷涂设备的送粉器中。载气为氦气，压力为4MPa，温度为550℃，喷涂距离为40mm，送粉速率为1.0L/min。将混合后的粉体喷涂于经过100目氧化铝砂喷砂处理的表面粗糙度Ra为6.4μm的9Cr18不锈钢基体表面，喷枪移动速度为0.02m/s～0.04m/s，喷涂5～8遍，在基体表面得到一种抗辐射固体润滑涂层。
采用Minitest 4100涂层测厚仪测试所述涂层的厚度：所述涂层的厚度为200μm。
采用Positest AT附着力测试仪测试所述涂层的附着力：所述涂层的附着力为4.0MPa；
采用CSM-1真空球盘摩擦试验机测试所述涂层的摩擦系数：载荷为5N时，所述涂层的真空稳定段平均摩擦系数为0.19。
所述涂层的耐Co60γ射线辐照总剂量不低于5×109rad(Si)。
综上所述，发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种抗辐射固体润滑涂层，其特征在于：以所述涂层组成原料的总质量为100％计，各组成原料及其质量百分数为：铜粉20％～50％，镍包覆二硫化钨粉体50％～80％。
2.如权利要求1所述的一种抗辐射固体润滑涂层，其特征在于：铜粉的D50平均粒径为10μm～60μm。
3.如权利要求1所述的一种抗辐射固体润滑涂层，其特征在于：镍包覆二硫化钨粉体的D50平均粒径为5μm～30μm，粉体中镍的质量百分数为20％～80％，二硫化钨的质量百分数为20％～80％。
4.一种如权利要求1～3任意一项所述的抗辐射固体润滑涂层的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
将铜粉与镍包覆二硫化钨粉体按照2:8～5:5的质量比机械混合均匀后，放置于冷喷涂设备的送粉器中，载气为氦气，压力为3MPa～4MPa，温度为500℃～600℃，喷涂距离为30mm～40mm，送粉速率为0.5L/min～1.5L/min，将混合后的粉体喷涂于经过喷砂处理后表面粗糙度Ra为3.2μm～6.4μm的基体表面，喷枪移动速度为0.02m/s～0.04m/s，喷涂2遍～30遍，在基体表面得到一种抗辐射固体润滑涂层。
5.如权利要求4所述的一种抗辐射固体润滑涂层的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：所述基体为金属材料或聚合物复合材料。
6.如权利要求4所述的一种抗辐射固体润滑涂层的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：所述涂层厚度为10μm～200μm。
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