CN112063953A - 一种热喷涂高温摩阻制动涂层材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种热喷涂高温摩阻制动涂层材料，属于热喷涂技术领域。本发明所述高温摩阻制动涂层由以下原料通过热喷涂制备得到，各原料及其重量份数为：金属相13～15重量份、硬质相50～62重量份、反应相25～35重量份。本发明所述方法为采用热喷涂技术制备的高温摩阻制动涂层，该涂层的组织结构为在硬质相上均匀弥散分布金属相，其间镶嵌着反应相，有利于抗咬死，使制动平稳；克服了传统的摩阻制动材料耐高温性能不足，高温条件下，容易打滑和偶件烧蚀的问题；本发明所述方法制备的涂层成本低，适于高温及重载下机械用制动器的制动片使用，制造工艺简单，可高通量制备。
Description
技术领域
本发明涉及一种热喷涂高温摩阻制动涂层材料及其制备方法，属于热喷涂技术领域。
背景技术
摩阻与润滑，是摩擦学中两个截然相反的概念。润滑是为了减少运动的阻力，摩阻则是要增大运动阻力甚至制动，可以说，没有摩阻制动，也没有自动化。这也是工业领域的“令行禁止”的关系。各种运动机械的制动器、离合器、刹车、阻尼等，其衬里摩阻材料要求具有高的摩擦系数，同时有足够的高温强度，能承受高速制动时产生的高温，并有良好的热传导性能，能把制动产生的大量摩擦热迅速传开，不致发生烧蚀现象，且要耐磨，对摩擦偶的磨损小，制动平稳。用简单的方法获得高温摩阻制动材料是一个现代工业领域重要的问题；研究人员为解决这一问题做出了很大的努力，近年来取得了很大的进展。
传统的高温摩阻制动材料有：(1)金属基摩阻材料(如铸铁)导热性好，但耐高温性能不足，摩擦系数较小，容易打滑。(2)无机摩阻材料如石棉等，摩擦阻力大，耐热性好，但导热性差，摩擦产生的高热会对偶件(如轴)烧蚀，且石棉为致癌物质。传统的摩阻制动材料具有很多局限性，另外随着工业领域自动化程度提高，对高温摩阻制动材料性能要求的提升，惯用的高温摩阻制动材料已经无法满足“令行禁止”的需求。因此针对上述传统方法的缺陷，需要一种低成本、工艺简单、高通量的方法来制备高温摩阻制动材料。
发明内容
本发明要解决的问题是：传统的摩阻制动材料耐高温性能不足，高温条件下，容易打滑和偶件烧蚀。
本发明的目的在于提供一种热喷涂高温摩阻制动涂层材料，所述高温摩阻制动涂层由高硬度、高摩擦力和耐热的陶瓷、硬质相颗粒与导热性好、强度高的金属粉末经团聚复合而成的摩阻复合粉末通过热喷涂制备得到，这种复合粉末的喷涂涂层，具有典型的金属陶瓷结构：在硬质相上均匀弥散分布金属相，其间镶嵌着反应相，有利于抗咬死，使制动平稳。
本发明所述高温摩阻制动涂层由以下原料通过热喷涂制备得到，各原料及其重量份数为：金属相13～15重量份、硬质相50～62重量份、反应相25～35重量份。
所述金属相为Co、Ni、Cu、NiCr、NiCu中的一种。
所述硬质相为HfC、TaC、Mo2C、TiC中的一种。
所述反应相为Cr2O3、SiO2、TiO2中的一种。
本发明的另一目的在于提供所述热喷涂高温摩阻制动涂层材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)分别称取金属相、硬质相和反应相混合均匀，经团聚烧结而制成的混合粉末，选取粒度范围为40～75μm的高温摩阻复合粉末。
(2)将待喷涂基体表面进行喷砂粗糙处理和清洁处理。
(3)将步骤(1)中得到的高温摩阻复合粉末送入喷涂设备的送粉器内，利用等离子喷涂设备在步骤(2)的预处理基体表面进行涂层喷涂，对所得到的材料为高温摩阻制动涂层。
优选的，本发明步骤(1)中团聚烧结的条件为：将金属相、硬质相和反应相原料粉末按照规定比例混合，配制料浆，喷雾造粒，进口温度为260-300℃、出口温度为110-130℃和雾化器转速为10000-12000r/min；造粒粉末经脱脂处理后，于立式高温烧结炉中完成高温烧结，氮气气氛保护，烧结温度为1200-1250℃、烧结时间为0.1-5s。
优选的，本发明步骤(3)中等离子喷涂的条件为：喷涂电流为650～700A、喷涂电压为55～60V、喷涂距离为80～100mm、送粉电压为7～9V。
本发明步骤(2)中对基体表面进行的喷砂处理为常规的热喷涂粗糙化处理，为了增加后续涂层制备过程中的沉积率。
本发明的原理：本发明所述方法为采用热喷涂技术制备的高温摩阻制动涂层，这种涂层的组织结构为在硬质相(HfC、TaC、Mo2C、TiC)上均匀弥散分布金属相(Co、Ni、Cu、NiCr、NiCu)，其间镶嵌着反应相(Cr2O3、SiO2、TiO2)；在较高温度下(小于500℃)，硬质相起主要摩阻和耐磨作用，此时金属相和反应相的摩擦系数都较小，且稳定；涂层具有较高且稳定的摩擦系数；但当温度超过500℃，由于金属相表面生成氧化物薄膜并与反应相发生反应而形成新的复合氧化物陶瓷，使喷涂层的摩擦系数急剧增大；随着温度升高，摩擦阻力也急剧增大，使这种涂层成为性能优异的高温摩阻材料。
本发明的有益效果：
(1)本发明所述方法制备工艺简单、制备的高温摩阻制动涂层随着温度升高，摩擦阻力也急剧增大，使这种涂层成为性能优异的高温摩阻材料，极大的解决了传统的摩阻制动材料耐高温性能不足(容易打滑和偶件烧蚀)。
(2)本发明所述高温摩阻制动涂层，具有金属型制动材料和非金属型制动材料的综合优点：既有前者热导性好，能把摩擦产生的大量热量传导出去避免局部过热，强度高，抗热震性好的优点；又有后者硬度高，摩擦力大和耐热性好的优点；这种涂层也不含有机化合物，特别适合于高温及不能润滑的场合做摩阻材料。
附图说明
图1为本发明所述高温摩阻制动涂层的截面结构示意图。
图2实施例1中所述涂层的摩擦系数随温度而变化的关系曲线；
图3实施例2中所述涂层的摩擦系数随温度而变化的关系曲线；
图4实施例3中所述涂层的摩擦系数随温度而变化的关系曲线；
图5实施例4中所述涂层的摩擦系数随温度而变化的关系曲线；
图6实施例5中所述涂层的摩擦系数随温度而变化的关系曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
一种热喷涂高温摩阻制动涂层材料，具体步骤如下：
(1)称取13g金属相Co、50g硬质相HfC和25g反应相Cr2O3混合均匀，配制料浆，喷雾造粒，进行团聚烧结得到高温摩阻复合粉末，团聚烧结的条件为：进口温度为260℃、出口温度为110℃和雾化器转速为10000r/min；造粒粉末经脱脂处理后，于立式高温烧结炉中完成高温烧结，氮气气氛保护，烧结温度为1200℃、烧结时间为0.1s。
(2)将待喷涂基体表面进行喷砂粗糙处理和清洁处理。
(3)选取粒度范围为40～75μm的高温摩阻复合粉末送入喷涂设备的送粉器内，利用等离子喷涂设备在步骤(2)的预处理基体表面进行涂层喷涂，对所得到的材料为高温摩阻制动涂层。其中，等离子喷涂的条件为：喷涂电流为650A、喷涂电压为55V、喷涂距离为80mm、送粉电压为7V。
通过摩擦磨损试验机测得此涂层的摩擦系数随温度而变化的关系曲线如图2所示。
实施例2
一种热喷涂高温摩阻制动涂层材料，具体步骤如下：
(1)称取15g金属相Ni、62g硬质相TaC和35g反应相SiO2混合均匀，配制料浆，喷雾造粒，进行团聚烧结得到高温摩阻复合粉末，团聚烧结的条件为：进口温度为300℃、出口温度为130℃和雾化器转速为12000r/min；造粒粉末经脱脂处理后，于立式高温烧结炉中完成高温烧结，氮气气氛保护，烧结温度为1250℃、烧结时间为5s。选取粒度范围为40～75μm的。
(2)将待喷涂基体表面进行喷砂粗糙处理和清洁处理。
(3)选取粒度范围为40～75μm的高温摩阻复合粉末送入喷涂设备的送粉器内，利用等离子喷涂设备在步骤(2)的预处理基体表面进行涂层喷涂，对所得到的材料为高温摩阻制动涂层。其中，等离子喷涂的条件为：喷涂电流为700A、喷涂电压为60V、喷涂距离为100mm、送粉电压为9V。
通过摩擦磨损试验机测得此涂层的摩擦系数随温度而变化的关系曲线如图3所示。
实施例3
一种热喷涂高温摩阻制动涂层材料，具体步骤如下：
(1)称取14g金属相Cu、56g硬质相Mo2C和30g反应相TiO2混合均匀，配制料浆，喷雾造粒，经团聚烧结而制成高温摩阻复合粉末；其中，团聚烧结的条件为：进口温度为280℃、出口温度为120℃和雾化器转速为11000r/min；造粒粉末经脱脂处理后，于立式高温烧结炉中完成高温烧结，氮气气氛保护，烧结温度为1200℃、烧结时间为3s。
(2)将待喷涂基体表面进行喷砂粗糙处理和清洁处理。
(3)选取粒度范围为40～75μm的高温摩阻复合粉末送入喷涂设备的送粉器内，利用等离子喷涂设备在步骤(2)的预处理基体表面进行涂层喷涂，对所得到的材料为高温摩阻制动涂层。其中，等离子喷涂的条件为：喷涂电流为675A、喷涂电压为57V、喷涂距离为90mm、送粉电压为8V。
通过摩擦磨损试验机测得此涂层的摩擦系数随温度而变化的关系曲线如图4所示。
实施例4
一种热喷涂高温摩阻制动涂层材料，具体步骤如下：
(1)称取15g金属相NiCr、62g硬质相TiC和25g反应相SiO2混合均匀，配制料浆，喷雾造粒，经团聚烧结而制成高温摩阻复合粉末；其中，团聚烧结的条件为：进口温度为260℃、出口温度为110℃和雾化器转速为10000r/min；造粒粉末经脱脂处理后，于立式高温烧结炉中完成高温烧结，氮气气氛保护，烧结温度为1200℃、烧结时间为0.1s。
(2)将待喷涂基体表面进行喷砂粗糙处理和清洁处理。
(3)选取粒度范围为40～75μm的高温摩阻复合粉末送入喷涂设备的送粉器内，利用等离子喷涂设备在步骤(2)的预处理基体表面进行涂层喷涂，对所得到的材料为高温摩阻制动涂层。其中，等离子喷涂的条件为：喷涂电流为650A、喷涂电压为55V、喷涂距离为80mm、送粉电压为7V。
通过摩擦磨损试验机测得此涂层的摩擦系数随温度而变化的关系曲线如图5所示。
实施例5
一种热喷涂高温摩阻制动涂层材料，具体步骤如下：
(1)称取13g金属相NiCu、50g硬质相HfC和35g反应相Cr2O3混合均匀，配制料浆，喷雾造粒，经团聚烧结而制成高温摩阻复合粉末；团聚烧结的条件为：进口温度为300℃、出口温度为130℃和雾化器转速为12000r/min；造粒粉末经脱脂处理后，于立式高温烧结炉中完成高温烧结，氮气气氛保护，烧结温度为1250℃、烧结时间为5s。
(2)将待喷涂基体表面进行喷砂粗糙处理和清洁处理。
(3)选取粒度范围为40～75μm的高温摩阻复合粉末送入喷涂设备的送粉器内，利用等离子喷涂设备在步骤(2)的预处理基体表面进行涂层喷涂，对所得到的材料为高温摩阻制动涂层；其中，等离子喷涂的条件为：喷涂电流为700A、喷涂电压为60V、喷涂距离为100mm、送粉电压为9V。
通过摩擦磨损试验机测得此涂层的摩擦系数随温度而变化的关系曲线如图6所示。
Claims (4)
1.一种热喷涂高温摩阻制动涂层材料，其特征在于：所述高温摩阻制动涂层由以下原料制备得到，各原料及其重量份数为：金属相13～15重量份、硬质相50～62重量份、反应相25～35重量份。
所述金属相为Co、Ni、Cu、NiCr、NiCu中的一种；
所述硬质相为HfC、TaC、Mo2C、TiC中的一种；
所述反应相为Cr2O3、SiO2、TiO2中的一种。
2.根据权利要求1所述热喷涂高温摩阻制动涂层材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)分别称取金属相、硬质相和反应相混合均匀，经团聚烧结而制成高温摩阻复合粉末，选取粒度范围为40～75μm的高温摩阻复合粉末；
(2)将待喷涂基体表面进行喷砂粗糙处理和清洁处理；
(3)将步骤(1)中得到的高温摩阻复合粉末送入喷涂设备的送粉器内，利用等离子喷涂设备在步骤(2)的预处理基体表面进行涂层喷涂，得到高温摩阻制动涂层。
3.根据权利要求2所述热喷涂高温摩阻制动涂层材料的制备方法，其特征在于：团聚烧结的条件为：将金属相、硬质相和反应相原料粉末按照比例混合，配制成料浆，喷雾造粒，进口温度为260-300℃、出口温度为110-130℃、雾化器转速为10000-12000r/min；造粒粉末经脱脂处理后，于立式高温烧结炉中完成高温烧结，氮气气氛保护，烧结温度为1200-1250℃、烧结时间为0.1-5s。
4.根据权利要求2所述热喷涂高温摩阻制动涂层材料的制备方法，其特征在于：等离子喷涂的条件为：喷涂电流为650～700A、喷涂电压为55～60V、喷涂距离为80～100mm、送粉电压为7～9V。
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