CN111074192A - Ni包MoS2自润滑Cr3C2-NiCr涂层的制备方法 - Google Patents

Ni包MoS2自润滑Cr3C2-NiCr涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及H13钢表面性能优化领域，公开了Ni包MoS2自润滑Cr3C2‑NiCr涂层的制备方法。该处理方法采用激光热喷涂技术在H13热作模具钢表面制备了Cr3C2‑NiCr+10%Ni/MoS2涂层，将Cr3C2硬质相和MOS2润滑相添加到NiCr涂层中，提高了涂层的显微硬度和自润滑性能，其摩擦与磨损性能随着温度的升高而得到了进一步的提高。本发明中解决了低熔点的MoS2在喷涂过程中氧化失效的难题，所制备的涂层具有优异的减摩降磨性能，广泛地应用于热作模具表面改性处理。

Description

Ni包MoS2自润滑Cr3C2-NiCr涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及Ni包MoS2固体润滑Cr3C2-NiCr涂层的制备方法，主要应用热作模具的表面改性处理，具有高温减摩降磨作用，属于先进材料领域。
背景技术
模具是制造业的核心装备，50%以上的机械零件是通过模具进行成形获得，在制造领域占有重要的地位。其中热作模具在高温环境中工作，对模具磨损性能提出更高的要求。在工作过程中，热作模具与所成形的零件频繁产生摩擦，80%以上模具是由表面磨损而引起的失效。涂层技术是解决高温磨损的有效措施之一，与镀硬铬、渗碳、渗氮和气相沉积相比，激光热喷涂具有低成本和高效率的优点，在热作模具表面处理上的应用越来越广泛。
NiCr涂层具有优异的抗高温氧化、磨损和腐蚀性能，是硬质润滑耐磨涂层的良好结合剂，耐磨相（Cr3C2、Cr2O3、WC和B4C等）和润滑相（MOS2、六方氮化硼hBN和Ag等）添加到NiCr涂层中，可以提高涂层硬度、改善摩擦磨损性能。其中Cr3C2在金属碳化物中抗高温氧化能力最强，且具有良好耐磨性能，对涂层起到抗磨保护作用。MoS2具有良好物理化学性能，可以作为一种固体润滑剂，有效地降低摩擦因数。添加MoS2是减摩最常用的方法，但由于其熔点较低，在喷涂过程容易因氧化而失效。为了解决上述的技术难题，本发明专利设计了一种Ni包MoS2制备Cr3C2-NiCr涂层制备方法，改善了热作模具的耐磨损和润滑性能。
发明内容
（1）本发明的基体为H13热作模具钢，喷涂材料为Cr3C2-NiCr合金粉末和Ni包MoS2的混和粉末，其中Cr3C2与NiCr质量分数为75%：25%，Cr3C2-NiCr与Ni包MoS2的质量分数为90%：10%，粒度为-140~+320目，采用球磨机混合时间为1h。
（2）采用激光热喷涂方法制备的涂层厚度约为1mm，喷涂参数：激光功率为1500W，光斑直径为5 mm，送粉速率为8g/min，氩气进给速度为15L/min，搭接率为75%。
（3）所制备的Cr3C2–NiCr+10%Ni/MoS2涂层具有优异的高温减摩降磨性能，其摩擦因数和磨损随着温度的升高而降低，适用于热作模具表面改性处理。
附图说明
图1 Cr3C2–NiCr+10%Ni/MoS2粉末形貌
图2 Cr3C2–NiCr+10%Ni/MoS2粉末物相
图3 Cr3C2–NiCr+10%Ni/MoS2涂层表面形貌
图4 Cr3C2–NiCr+10%Ni/MoS2涂层断面形貌
图5 Cr3C2–NiCr+10%Ni/MoS2涂层物相
图6 Cr3C2–NiCr+10%Ni/MoS2涂层断面显微硬度分布
图7 Cr3C2–NiCr+10%Ni/MoS2涂层的摩擦因数
图8 Cr3C2–NiCr+10%Ni/MoS2涂层的磨损率
具体实施方式
（1）基体打磨、抛光和喷砂处理后，经乙醇清洗后待用。
（2）图1为Cr3C2-NiCr+10%Ni/MoS2粉末形貌。粉末为大小不均的近似球状的颗粒，适合于激光热喷涂的粉末。
（3）图2为Cr3C2-NiCr+10%Ni/MoS2粉末物相。粉末出现高强度的MoS2的特征峰，为润滑相。
（4）采用激光热喷涂方法制备的涂层厚度约为1mm，喷涂参数：激光功率为1500W，光斑直径为5 mm，送粉速率为8g/min，氩气进给速度为15L/min，搭接率为75%。
（5）图3为所制备的Cr3C2-NiCr+10%Ni/MoS2涂层表面形貌。涂层表主要由近似球状颗粒，块状颗粒以及未熔的MoS2颗粒组成。
（6）图4为所制备的Cr3C2-NiCr+10%Ni/MoS2涂层断面形貌。涂层为典型的层状结构，涂层与基体结合性能良好。
（7）图5为所制备的Cr3C2-NiCr+10%Ni/MoS2涂层物相。涂层主要由NiCr、CrxCy、CrxSy和MoC等物相组成，其中MoS2主要起润滑的作用。
（8）图6为所制备的涂层断面显微硬度分布。Cr3C2-NiCr+10%Ni/MoS2涂层显微硬度在1020HV左右，约为基体显微硬度的2.5倍，提高了热作模具表面显微硬度。
（9）图7为所制备的Cr3C2-NiCr+10%Ni/MoS2涂层摩擦因数随时间的变化关系。在25、400和700oC时分别为0.676、0.547和0.353，在高温时MoS2主要起着润滑相的作用，涂层具有良好的减摩性能。
（10）图8为所制备的Cr3C2-NiCr+10%Ni/MoS2涂层的磨损率。涂层磨损率随着温度增加而减少，涂层具有优异的高温自润滑降磨性能。

Claims (4)

1.Ni包MoS2自润滑Cr3C2-NiCr涂层的制备方法，其特征在于包含如下步骤：
1）对基材打磨、抛光和喷砂处理后，经乙醇清洗后备用；
2）将Cr3C2-NiCr粉和Ni包MoS2按质量分数9：1混合后，采用激光热喷涂方法，制备本发明专利的Ni包MoS2自润滑Cr3C2-NiCr涂层。
2.如权利要求1所述的Ni包MoS2自润滑Cr3C2-NiCr涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中的基材为经淬火和高温回火后H13热作模具钢。
3.如权利要求1所述的Ni包MoS2自润滑Cr3C2-NiCr涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中喷涂材料为Cr3C2-NiCr合金粉末和Ni包MoS2的混和粉末，其中Cr3C2与NiCr质量分数为75%：25%，Cr3C2-NiCr与Ni包MoS2的质量分数为90%：10%，粒度为-140~+320目，采用球磨机混合时间为1h。
4.如权利要求1所述的Ni包MoS2自润滑Cr3C2-NiCr涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中采用的激光热喷涂参数：激光功率为1500W；光斑直径为5mm；送粉速率为8g/min；氩气进给速度为15L/min；搭接率为75%。
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