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Abstract

本发明公开了一种自润滑减摩涂层及喷涂方法，包括设置在基体上的减摩层，减摩层采用减摩层粉末并通过喷涂的方式形成，减摩层粉末包含有混合均匀的铁合金粉末与自润滑粉末；自润滑粉末采用MoS2、B4C、WS2或MgO；减摩层的厚度为100～400μm；本发明通过使用铁合金粉末与自润滑粉末或和形成的粉末作为涂料，使喷涂形成的涂层摩擦系数低，有利于增强涂层的润滑性能，并且能够增强涂层的综合力学性能，提高涂层的强度以及耐磨损性能，有利于盐城涂层的使用寿命，增强涂层对基体的保护作用，延长基体结构的使用寿命。

Description

一种自润滑减摩涂层及喷涂方法
技术领域
本发明属于热喷涂技术领域，涉及一种自润滑减摩涂层及喷涂方法。
背景技术
表面摩擦磨损是最常见的表面失效方式之一，为了达到降低表面磨损的目的，润滑相对摩擦界面是人们以及工业应用上常见的手段。摩擦是导致能量消耗、影响能量转换效率、摩擦界面材料损失首要原因，因此润滑是解决摩擦磨损问题的重要且有效的手段。由摩擦磨损对经济以及能源造成的损失较大，因此需要研究优于传统润滑减摩、减损的关键技术，来解决表面摩擦磨损造成的问题。对于发动机在工作时，活塞进行往复运动，这就要求缸孔工作表面具有良好的耐磨性。目前发动机往往由于缸孔磨损导致缸体的使用寿命不同程度的降低。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供了一种自润滑减摩涂层及喷涂方法，用于改善摩擦界面的润滑性能，减小摩擦界面的磨损。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种自润滑减摩涂层及喷涂方法，包括设置在基体上的减摩层，减摩层采用减摩层粉末并通过喷涂的方式形成，减摩层粉末包含有混合均匀的铁合金粉末与自润滑粉末。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述的自润滑粉末采用MoS2、B4C、WS2或MgO。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述的减摩层的厚度为100～400μm。
一种自润滑减摩涂层的喷涂方法，包括以下几个步骤：
步骤S1：对基体的表面进行前处理；
步骤S2：采用喷涂的方式将减摩层粉末喷涂在基体表面上形成减摩层，所述的减摩层粉末包含有混合均匀的铁合金粉末与自润滑粉末。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述的减摩层粉末中自润滑粉末的质量百分比为16％～28％，自润滑粉末采用MoS2、B4C、WS2或MgO。
进一步地，为了更好的实现本发明，按质量分数计，所述的铁合金粉末包括0.9～1.4％的C、1.3～1.7％的Cr、1.3～1.7％的Mn，其余为Fe。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述的减摩层粉末混合均匀后进行球磨至粒径为20～50μm。
进一步地，为了更好的实现本发明，对基体进行喷涂前将基体预热，预热的温度为100～150℃。
进一步地，为了更好的实现本发明，采用等离子喷涂的方式进行喷涂。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
本发明通过使用铁合金粉末与自润滑粉末混合形成的粉末作为涂料，使喷涂形成的涂层摩擦系数低，有利于增强涂层的润滑性能。并且能够增强涂层的综合力学性能，提高涂层的强度以及耐磨损性能，有利于延长涂层的使用寿命，增强涂层对基体的保护作用，延长基体结构的使用寿命。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
图1为本发明所述自润滑减摩涂层的结构示意图。
其中：1-基体，2-涂层。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
本实施例中，一种自润滑减摩涂层，包括设置在基体上的减摩层，减摩层采用减摩层粉末并通过喷涂的方式形成，减摩层粉末包含有混合均匀的铁合金粉末与自润滑粉末。
喷涂前，先对基体的表面进行清洁处理，去除油污、氧化物、鳞皮等结构，使基体表面保持干净。
基体表面清洁之后，再进行喷涂。本方案采用铁合金粉末与自润滑粉末混合的材料作为涂料进行喷涂，能够有效减小涂层的表面摩擦系数，从而有利于减小摩擦界面的摩擦力以及磨损。并且铁合金粉末作为基材形成的涂层具有强度高、耐磨性能高的优点，能够增加摩擦界面的强度以及耐磨损性能，从而有利于延长涂层的使用寿命，增强涂层对基体的保护作用，进而延长基体的使用寿命。
本实施例中，采用喷砂的方式对基体表面进行处理，通过喷砂的方式能够控制基体的表面粗糙度，使基体表面粗糙度达到6<Ra<12，能够在基体表面形成凹凸不平的结构，在喷涂时有利于提高涂层与基体的接触面积以及连接强度。
实施例2：
在上述实施例的基础上，本实施例中，按质量分数计，所述的铁合金粉末包括的0.9～1.4％的C、1.3～1.7％的Cr、1.0～1.5％的Mn，其余为Fe。
自润滑粉末采用MoS2、B4C、WS2或MgO。这些材料具有润滑性能，能够实现减磨和降低摩擦的作用。
所述的减摩层粉末中自润滑粉末的质量百分比为16％～28％。
当减摩层粉末混合均匀后对其进行球磨处理，球磨至粒径为20～50μm。以此能够提高涂层的喷涂效率，并使自润滑粉末能够更加分散的均布在涂层内，有利于减小涂层的摩擦系数。
实施例3：
在上述实施例的基础上，本实施例中，对铝合金基体进行喷涂。
将铝合金基体表面进行喷砂粗化、清洁处理，喷砂的前处理使金属基体铝合金表面粗糙度达到Ra＝8，其中铝合金基体的内孔直径为86mm，待喷涂前的预热温度150℃。预热可以使基体表面获得一定温度的新鲜表面，有利于提高涂层与基体的结合强度。
采用内孔等离子喷涂法在基体的待喷涂表面喷涂减摩层，减摩层粉末为铁合金粉末和自润滑粉末的混合粉末，混合粉末中自润滑粉末的质量百分比为16％，其余为铁合金粉末；将减摩层粉末混合均匀并进行球磨至粒径为20～50μm，过筛、干燥得到减摩层粉末；其中，以质量分数计，铁合金粉末包括的0.9％的C、1.3％的Cr、1.3％的Mn，其余为Fe，自润滑粉末为MoS2。
其中，本发明内孔等离子喷涂的条件为：送粉嘴与喷嘴角度为90°，喷涂电流为340A、喷涂电压为36～41V、Ar2流量为45L/min、H2流量为3L/min、喷涂距离为43mm、送粉速率为100g/min，喷涂循环次数为8；减摩层的厚度为250μm。
本实施例中自润滑减摩内孔涂层样品的表面在往复滑动摩擦磨损试验过程中的摩擦力信号进行分析，干摩擦工况下，往复滑动的稳定阶段摩擦系数为0.1左右，而对比传统Fe合金涂层的往复滑动的稳定阶段摩擦系数为0.64左右，摩擦过程中表面损伤比传统样品轻微。
实施例4：
在上述实施例的基础上，本实施例中，对铝合金基体进行喷涂。
将铝合金基体表面进行喷砂粗化、清洁处理，喷砂的前处理使金属基体铝合金表面粗糙度达到Ra＝10，其中铝合金基体的内孔直径为96mm，待喷涂前的预热温度150℃。
采用内孔等离子喷涂法在基体的待喷涂表面喷涂减摩层，减摩层粉末为铁合金粉末和自润滑粉末的混合粉末，混合粉末中自润滑粉末的质量百分比为28％，其余为铁合金粉末；将减摩层粉末混合均匀并进行球磨至粒径为20～50μm，过筛、干燥得到减摩层粉末；其中，以质量分数计，铁合金粉末包括的1.4％的C、1.7％的Cr、1.7％的Mn，其余为Fe，自润滑粉末为B4C。
其中，本发明内孔等离子喷涂的条件为：送粉嘴与喷嘴角度为90°，喷涂电流为380A、喷涂电压为42V、Ar2流量为42L/min、H2流量为5L/min、喷涂距离为48mm、送粉速率为120g/min，喷涂循环次数为12；减摩层的厚度为290μm。
本实施例中自润滑减摩内孔涂层样品的表面在往复滑动摩擦磨损试验过程中的摩擦力信号进行分析，干摩擦工况下，往复滑动的稳定阶段摩擦系数为0.09左右，而对比传统Fe合金涂层的往复滑动的稳定阶段摩擦系数为0.64左右，摩擦过程中表面损伤比传统样品轻微。
实施例5：
在上述实施例的基础上，本实施例中，对铝合金基体进行喷涂。
将铝合金基体表面进行喷砂粗化、清洁处理，喷砂的前处理使金属基体铝合金表面粗糙度达到Ra＝12，其中铝合金基体的内孔直径为88mm，待喷涂前的预热温度120℃。
采用内孔等离子喷涂法在基体的待喷涂表面喷涂减摩层，减摩层粉末为铁合金粉末和自润滑粉末的混合粉末，混合粉末中自润滑粉末的质量百分比为22％，其余为铁合金粉末；将减摩层粉末混合均匀并进行球磨至粒径为20～50μm，过筛、干燥得到减摩层粉末；其中，以质量分数计，铁合金粉末包括的1.2％的C、1.5％的Cr、1.5％的Mn，其余为Fe，自润滑粉末为WS2。
其中，本发明内孔等离子喷涂的条件为：送粉嘴与喷嘴角度为90°，喷涂电流为360A、喷涂电压为38V、Ar2流量为40L/min、H2流量为4L/min、喷涂距离为44mm、送粉速率为75g/min，喷涂循环次数为12；减摩层的厚度为250μm。
本实施例中自润滑减摩内孔涂层样品的表面在往复滑动摩擦磨损试验过程中的摩擦力信号进行分析，干摩擦工况下，往复滑动的稳定阶段摩擦系数为0.1左右，而对比传统Fe合金涂层的往复滑动的稳定阶段摩擦系数为0.64左右，摩擦过程中表面损伤比传统样品轻微。
实施例6：
在上述实施例的基础上，本实施例中，对铝合金基体进行喷涂。
将铝合金基体表面进行喷砂粗化、清洁处理，喷砂的前处理使金属基体铝合金表面粗糙度达到Ra＝8，其中铝合金基体的内孔直径为74mm，待喷涂前的预热温度150℃。
采用内孔等离子喷涂法在基体的待喷涂表面喷涂减摩层，减摩层粉末为铁合金粉末和自润滑粉末的混合粉末，混合粉末中自润滑粉末的质量百分比为16％，其余为铁合金粉末；将减摩层粉末混合均匀并进行球磨至粒径为20～50μm，过筛、干燥得到减摩层粉末；其中，以质量分数计，铁合金粉末包括的0.9％的C、1.3％的Cr、1.3％的Mn，其余为Fe，自润滑粉末为MgO。
其中，本发明内孔等离子喷涂的条件为：送粉嘴与喷嘴角度为90°，喷涂电流为380A、喷涂电压为41V、Ar2流量为42L/min、H2流量为5L/min、喷涂距离为37mm、送粉速率为80g/min，喷涂循环次数为16；减摩层的厚度为290μm。
本实施例中自润滑减摩内孔涂层样品的表面在往复滑动摩擦磨损试验过程中的摩擦力信号进行分析，干摩擦工况下，往复滑动的稳定阶段摩擦系数为0.1左右，而对比传统Fe合金涂层的往复滑动的稳定阶段摩擦系数为0.64左右，摩擦过程中表面损伤比传统样品轻微。
实施例7：
在上述实施例的基础上，本实施例中，对铝合金基体进行喷涂。
将铝合金基体表面进行喷砂粗化、清洁处理，喷砂的前处理使金属基体铝合金表面粗糙度达到Ra＝12，其中铝合金基体的内孔直径为98mm，待喷涂前的预热温度150℃。
采用内孔等离子喷涂法在基体的待喷涂表面喷涂减摩层，减摩层粉末为铁合金粉末和自润滑粉末的混合粉末，混合粉末中自润滑粉末的质量百分比为28％，其余为铁合金粉末；将减摩层粉末混合均匀并进行球磨至粒径为20～50μm，过筛、干燥得到减摩层粉末；其中，以质量分数计，铁合金粉末包括的1.4％的C、1.7％的Cr、1.7％的Mn，其余为Fe，自润滑粉末为WS2。
其中，本发明内孔等离子喷涂的条件为：送粉嘴与喷嘴角度为90°，喷涂电流为340A、喷涂电压为36V、Ar2流量为38L/min、H2流量为3L/min、喷涂距离为49mm、送粉速率为110g/min，喷涂循环次数为8；减摩层的厚度为210μm。
本实施例中自润滑减摩内孔涂层样品的表面在往复滑动摩擦磨损试验过程中的摩擦力信号进行分析，干摩擦工况下，往复滑动的稳定阶段摩擦系数为0.1左右，而对比传统Fe合金涂层的往复滑动的稳定阶段摩擦系数为0.64左右，摩擦过程中表面损伤比传统样品轻微。
以上所述的，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自润滑减摩涂层，其特征在于：包括设置在基体上的减摩层，减摩层采用减摩层粉末并通过喷涂的方式形成，减摩层粉末包含有混合均匀的铁合金粉末与自润滑粉末。
2.根据权利要求1所述的一种自润滑减摩涂层，其特征在于：所述的自润滑粉末采用MoS2、B4C、WS2或MgO。
3.根据权利要求1所述的一种自润滑减摩涂层，其特征在于：所述的减摩层的厚度为100～400μm。
4.一种自润滑减摩涂层的喷涂方法，其特征在于：包括以下几个步骤：
步骤S1：对基体的表面进行前处理；
步骤S2：采用喷涂的方式将减摩层粉末喷涂在基体表面上形成减摩层，所述的减摩层粉末包含有混合均匀的铁合金粉末与自润滑粉末。
5.根据权利要求4所述的一种自润滑减摩涂层的喷涂方法，其特征在于：所述的减摩层粉末中自润滑粉末的质量百分比为16％～28％，自润滑粉末采用MoS2、B4C、WS2或MgO。
6.根据权利要求4所述的一种自润滑减摩涂层的喷涂方法，其特征在于：按质量分数计，所述的铁合金粉末包括0.9～1.4％的C、1.3～1.7％的Cr、1.3～1.7％的Mn，其余为Fe。
7.根据权利要求4、5、6中任一项所述的一种自润滑减摩涂层的喷涂方法，其特征在于：所述的减摩层粉末混合均匀后进行球磨至粒径为20～50μm。
8.根据权利要求4所述的一种自润滑减摩涂层的喷涂方法，其特征在于：对基体进行喷涂前将基体预热，预热的温度为100～150℃。
9.根据权利要求4所述的一种自润滑减摩涂层的喷涂方法，其特征在于：采用等离子喷涂的方式进行喷涂。
10.根据权利要求4所述的一种自润滑减摩涂层的喷涂方法，其特征在于：所述的步骤S1中，采用喷砂对基体的表面进行前处理。
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