CN114703475B - 微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层材料及自润滑耐高温镍基合金制备方法 - Google Patents

微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层材料及自润滑耐高温镍基合金制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层材料及自润滑耐高温镍基合金制备方法，该涂层材料由如下步骤制备得到：对镍基合金进行表面喷砂粗化处理；配置镍基耐磨自润滑涂层原始粉末；采用激光熔覆法将镍基耐磨自润滑涂层原始粉末熔覆在镍基合金表面以得到镍基耐磨自润滑涂层；对上述镍基合金表面熔覆的镍基耐磨自润滑涂层进行打磨抛光形成光滑平整表面，即得到目标涂层材料，表面熔覆有该涂层材料的镍基合金即为自润滑耐高温镍基合金。本发明可满足室温至极端高温(900～1100℃)的宽温域服役环境的应用要求，适用于极端高温服役环境条件下镍基合金及其它热端部件表面改性和防护。

Description

微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层材料及自润 滑耐高温镍基合金制备方法
技术领域
本发明涉及复合镍基材料技术领域。具体地说是微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层材料及自润滑耐高温镍基合金制备方法。
背景技术
随着高新技术产业和现代工业的快速发展，更多的机械摩擦副关键部件需要在高温、高负载、高速和特殊环境等具有典型代表意义的极端苛刻工况中进行服役使用，尤其在航空航天工业和高端装备领域应用的高温空气箔片轴承、燃气涡轮密封面、低散热柴油机汽缸活塞环和汽缸壁、各种炉组件、小武器活动组件和武器装备用高温轴承等关键热端部件均涉及到900℃以上甚至到1100℃的氧化、润滑耐磨问题，相关运动件的润滑和耐磨问题更是成为影响整个机械设备高温运动系统可靠性、使用寿命及运行效率的关键因素。对于服役温度超过1000℃的摩擦副材料而言，温度每升高10℃，材料的高温抗氧化、耐磨损、高温持久性等多方面性能都将面临极大挑战，这对材料的高温使用性能提出了更苛刻的要求。因此，研究和发展能够在极端苛刻高温条件下具有优异力学性能稳定性、抗氧化、耐磨自润滑材料与技术对促进我国航空航天和军事工业等高新技术装备制造业的发展具有重大的理论意义和应用价值。
镍基高温合金具有优异的机械性能、耐腐蚀性能以及耐热性能，在1100℃的高温下表现出微观组织稳定、固溶能力强等特点，被称为“航空发动机的心脏”。镍基高温合金具有的优良高温和低温综合性能，可以在200～1090℃内抵抗多种腐蚀介质的氧化侵蚀，是军工、航空航天、火箭发动机以及燃气涡轮机制造行业极其重要的材料，在现代航空发动机中，镍基高温合金的最高用量可占发动机总质量的50％左右。但是，随着尖端技术的快速发展，镍基高温合金部件的服役环境愈加苛刻；以航空航天技术为例，目前先进航空发动机的燃气进口温度达到1370℃，推力达22余吨，推重比十发动机的涡轮进口温度可达1500℃；绝热柴油发动机轴承衬垫的工作温度可达1000℃，并且在发动机启停和运行阶段要承受室温-1000℃的温度波动，在此极端高温服役条件下的镍基合金不可避免的发生氧化和摩擦磨损，从而导致合金表层破坏或者整体失效的行为。极端高温服役条件下镍基合金的氧化磨损是航空航天、石油化工、冶金、核电能源、热处理等领域应用亟待改善和解决的关键问题，不仅严重制约着装备的正常使用和服役安全，而且给国民经济发展带来巨大损失。
现阶段，解决镍基合金在极端高温条件下发生氧化、润滑和磨损失效问题，可行的途径主要有：通过固体润滑技术设计和发展新型具有高温高强度、抗氧化、自润滑耐磨性能的镍基复合涂层材料的方式。然而，为了实现镍基耐磨自润滑涂层高温高强度、抗氧化、自润滑和耐磨损等多功能性，需要在镍基高温合金基体粘结相中添加更高含量的陶瓷增强相和固体润滑相。目前涂层配方体系中的耐磨相和润滑相主要以直接添加的方式通过机械混合到基体相中，但是强化相和润滑相主要为无机物，其热力学参数及结构与合金基体存在较大差异，两者的浸润性和匹配性差，不同的相结构之间因存在明显的结合界面产生应力集中，同时添加相的团聚和富集易导致涂层出现裂纹或制造缺陷等问题。另外，受到极端高温条件下测试设备和高温合金材料的极限服役温度的限制，在显示有重要工程应用价值的镍基高温自润滑耐磨涂层长期使用温度均在800℃以下，而对于有关能够在极端高温区间(比如900～1100℃)服役的涂层材料的研制和对其氧化、摩擦磨损性能的报道极度缺少。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层材料及自润滑耐高温镍基合金制备方法，该涂层材料具有高强度、高抗氧化和高耐磨性，能够与镍基合金基体实现良好的冶金结合，显著提高镍基合金表面的硬度、强度、耐磨损和抗氧化等特性，可满足室温至极端高温(900～1100℃)的宽温域服役环境的应用要求，以解决当前可用于极端高温区间工作的镍基合金耐磨自润滑涂层空缺的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层材料，由如下步骤制备得到：
步骤(1)、对镍基合金进行表面喷砂粗化处理；
步骤(2)、配置镍基耐磨自润滑涂层原始粉末；
步骤(3)、采用激光熔覆法将镍基耐磨自润滑涂层原始粉末熔覆在镍基合金表面以得到镍基耐磨自润滑涂层；激光熔覆作用可使镍基耐磨自润滑涂层原始粉末组元间进行原位物理化学反应，具有低成本，工艺流程简单，能耗低，易于实现操作的特点；
步骤(4)、对步骤(3)中镍基合金表面熔覆的镍基耐磨自润滑涂层进行常规机械打磨抛光形成光滑平整表面，则镍基合金表面上得到的具有光滑平整表面的镍基耐磨自润滑涂层即为微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层材料；熔覆后得到的高强度、抗氧化、高耐磨和自润滑性能均较优良的微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层的总厚度可以有效控制在0.5～1.5mm之间。
本发明所制备的镍基耐磨自润滑涂层与镍基合金基体呈现冶金结合，且微观结构致密，无裂纹和气孔等缺陷，在室温至极端高温条件具有优异的机械性能、抗氧化和摩擦学性能，对极端高温服役条件下的镍基合金及其它热端部件涂覆此涂层材料可以显著提高使役性能和延长服役寿命，解决镍基合金在工程领域发生高温氧化和磨损失效的问题，满足对极端高温服役环境下的自润滑和耐磨涂层材料的迫切需求。
上述微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层材料，步骤(1)中，所述镍基合金为Inconel718镍基高温合金。Inconel718高温合金因独特合金成分设计而具有良好的综合性能，即较高的强度、抗蠕变性能和疲劳寿命，尤其是在650℃温度以下，其力学性能具有很好的稳定性；本发明的制备方法可以实现复合涂层与Inconel718镍基合金基体的冶金结合，同时通过工艺调控可以实现低的扩散率；在保证涂层和基材之间冶金结合的前提下，实现低的扩散率，可以有效抑制近界面基材成分扩散；而近界面基材成分的扩散会引起涂层组分偏离原始设计以及涂层成分偏析，从而导致涂层出现微观缺陷，使涂层性能下降。
上述微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层材料，步骤(1)中，利用粒径分布在0.1～1mm的SiO2颗粒喷砂粗化处理后，控制所述镍基合金的表面粗糙度在0.3～0.7μm之间以更好的克服镍基合金基体表面反光率高的问题；选择粒径分布在0.1～1mm的二氧化硅颗粒进行喷砂处理更有利于使得镍基合金表面粗糙度控制在0.3～0.7微米之间，如果二氧化硅的粒径过小则难以起到粗化处理的目的，使得镍基合金表面具有高的激光折射率，而更加耗能；若粒径过大则会使镍基合金表面粗糙度过高，影响涂层和基材结合界面的形貌，导致界面气孔，裂纹等缺陷的出现。
上述微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层材料，步骤(2)中，所述镍基耐磨自润滑涂层原始粉末的粒径为10～20μm，有利于在激光原位反应过程中合成粒径分布在微纳米尺度的陶瓷颗粒均匀分布在镍基合金基体中，粒径过大不利于微纳米尺度陶瓷颗粒的原位合成，粒径过小会导致球磨工艺复杂，同时不利于原位反应过程陶瓷粒径颗粒尺寸和分布的有效调控。
上述微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层材料，步骤(2)中，所述镍基耐磨自润滑涂层原始粉末由钛碳化硅Ti3SiC2粉末和Hastelloy C276镍基合金粉末组成。为使制备的复合镍基耐磨自润滑涂层能够满足高温力学性能、抗氧化性、自润滑性及耐磨性等综合性能的要求，本发明以相图和“摩擦釉化”的驱动作用为涂层成分设计指导，选择高温力学和耐腐蚀性能均优异的Hastelloy C276镍基高温合金作为基体粘结相，通过不同含量Mn+1AXn相Ti3SiC2陶瓷颗粒添加，使其在激光熔覆过程中能发生原位物理化学反应合成微纳米尺度TiC和MoSi2耐磨增强相和润滑相，满足涂层的高温硬度、疲劳强度、抗塑性变形能力、极端高温抗氧化和摩擦磨损性能。Ti3SiC2作为一种典型的Mn+1AXn相陶瓷颗粒，具有片层状晶体结构，表现出类似石墨的自润滑性能以及金属和陶瓷双重优良性能，在高温条件下能够自发生成具有低剪切强度、较高硬度等特点的金属氧化物，这些自生氧化物在摩擦过程中能够连续成膜起到自润滑作用，同时利用自生氧化物作为润滑剂能够连续向摩擦表面提供润滑、对磨损表面起到补偿润滑的作用；Hastelloy C276镍基合金在高温热端部件领域已经有部分应用，其自身中高钼和高铬含量更易倾向形成奥氏体固溶体结构，从而提高合金的高温组织稳定性，使其在不同的腐蚀介质以及750℃的硫酸盐中具有优异的耐腐蚀性能，在800℃热处理后能够保持良好的结构稳定性和更高的显微硬度，表现出在900℃以上的超高温工况下应用的潜力，这是其它合金所不具备的特性。
上述微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层材料，钛碳化硅Ti3SiC2粉末和Hastelloy C276镍基合金粉末的质量之比为1:4～9；钛碳化硅Ti3SiC2粉末的粒径为20～30μm，Hastelloy C276镍基合金粉末的粒径为50～60μm；在该比例下制备得到的微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层具有较好的微观结构和成分可控性，表现出更好的综合性能；如果钛碳化硅Ti3SiC2粉末添加量过少，合成的微纳米双尺度陶瓷颗粒含量太低，无法起到强化作用；如果钛碳化硅Ti3SiC2粉末添加量过高，制备得到的复合镍基耐磨自润滑涂层的硬度和脆裂倾向增大，且会出现裂纹。
上述微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层材料，所述镍基耐磨自润滑涂层原始粉末的配置方法为：将钛碳化硅Ti3SiC2粉末和Hastelloy C276镍基合金的粉末混合球磨；球磨结束后，将所述镍基耐磨自润滑涂层原始粉末置于干燥箱中烘干。
上述微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层材料，球磨时，以硬质碳化钨球作为磨球，采用高能球磨机进行球磨；所述硬质碳化钨球与所述镍基耐磨自润滑涂层原始粉末的质量之比为10:1；球磨转速为110～120r/min，球磨时间为6～10h；烘干温度为70～90℃，烘干温度过低不能彻底去除水分，若烘干温度过高则可能会导致原料粉末发生氧化，而影响激光合成反应。在本发明这种球磨条件下进行高能球磨，球磨得到的镍基耐磨自润滑涂层原始粉末呈不规则的颗粒状，所有粉末都经过了不同程度的细化，粒径尺寸集中且具有均匀的粒度分布；由于原料粉末颗粒在高能球磨过程中不断发生碰撞变形、断裂和冷焊，导致粉末颗粒发生机械合金化，有利于结构和成分均匀分布的复合涂层的制备。
上述微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层材料，步骤(3)中，激光熔覆所用激光器为4000W光纤激光器，这种激光器光电转化效率较高，同时激光传输主要在光纤中完成，减少了空气的污染和折射，且具有光束质量高、能量更集中、可调谐性好，激光输出波长多等优势；激光熔覆的工艺参数为：激光功率为1.5～2kW，光斑直径为3～4mm，搭接率为30～50％，扫描速度为1500～2000mm/min，送粉速率为2～15g/s。激光功率过高会导致合成过程中烧蚀氧化严重，同时热输出增加导致晶粒粗大，无法合成微纳米尺寸颗粒，若激光功率过低，则输出能量过低导致熔不透，出现气孔夹杂，结合强度差等问题；熔覆时，送粉过慢会导致涂层厚度增加，使得诱导应力集中而容易开裂，送粉速率过快则会导致厚度低，稀释率大。
本发明通过低功率、高扫描速度和低搭接率的制备方法在Inconel718高温合金基材表面利用激光熔覆过程中原位物理化学反应实现了涂层与基材和涂层间的冶金结合。该微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层微观组织致密，与基体呈良好的冶金结合，无裂纹和气孔等缺陷，涂层厚度可以有效控制在0.5～1.5mm之间，具有高硬度、高强度、极端高温条件下耐磨损、低摩擦和抗氧化等特性。本发明所述的制备方法能够精确有效控制涂层厚度及整个过程的自动控制，具有制备工艺简单，成本低，可操作性强和效率高等特点。
自润滑耐高温镍基合金制备方法，在镍基合金表面形成上述微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层材料；制备得到的自润滑耐高温镍基合金可以在极端高温条件下(室温至900～1100℃的宽温域服役环境)关键热端部件表面应用。
本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：
1、本发明以Hastelloy C276镍基合金与钛碳化硅Ti3SiC2层状陶瓷颗粒作为熔覆涂层原料，使Hastelloy C276镍基高温合金中的Mo元素与Ti3SiC2层状陶瓷颗粒在激光作用下原位物理化学反应生成TiC和MoSi2陶瓷颗粒，TiC和MoSi2陶瓷颗粒协同强化镍基合金具备宽温域耐磨润滑特性，从而制备得到微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层材料。
2、原位反应合成法通过借助元素间或元素与化合物间的化学反应原位生成一种或多种具有高硬度陶瓷或金属间化合物作为增强相和润滑剂，从而达到基体强化和润滑目的；本发明利用Mn+1AXn相的Ti3SiC2陶瓷颗粒与Ni基高温合金组元在激光作用下的原位物理化学反应，构筑TiC和MoSi2微/纳米双尺度陶瓷颗粒协同强化的镍基复合涂层，实现了涂层材料在极端高温条件下高强度、抗氧化、高耐磨和自润滑等功能性。
3、采用本发明的制备方法，激光原位物理化学反应合成的微纳米尺度TiC和MoSi2陶瓷颗粒能够与基体相实现有机结合，与传统直接添加陶瓷增强相和固体润滑相的制备方法相比，本发明这种方法能有效克服直接外加颗粒制备方法存在的组分偏聚、润湿性差、界面结合强度低、颗粒尺寸粗大等问题。
4、本发明选用适宜的镍基合金和陶瓷颗粒反应体系，通过激光熔覆技术原位合成室温至极端高温(900～1100℃)宽温域内具有高温组织稳定、力学性能优良的微纳米陶瓷颗粒协同强化镍基耐磨自润滑涂层。
5、本发明所制备的镍基耐磨自润滑涂层能够与镍基合金基体实现良好的冶金结合，显著提高镍基合金表面的硬度、强度、耐磨损和抗氧化等特性。
6、本发明以Hastelloy C276高温合金作为基体粘结相，该基体粘结相中的高含量钼和铬可以提供高温强度、抗蠕变、极端抗氧化和尺寸的稳定性，同时在900℃以上能保持良好的结构稳定性，满足在超高温工况下应用的需求；采用本发明的合成方法，以激光原位合成的微/纳米TiC和MoSi2陶瓷颗粒提供高温强度、耐磨损和自润滑性能，同时在高温条件下能够自发生成具有低剪切强度、较高硬度等特点的金属氧化物，这些自生氧化物在摩擦过程中能够连续成膜起到自润滑作用，利用自生氧化物作为润滑剂具有连续向摩擦表面提供润滑、对磨损表面起补偿作用提供复合涂层在极端高温下优异力学性能、抗氧化和耐磨损性能的需求。
7、通过对原始钛碳化硅Ti3SiC2粉末的添加质量分数、镍基耐磨自润滑涂层原始粉末的粒径大小以及熔覆参数等实现对微/纳米TiC和MoSi2陶瓷颗粒的尺寸和含量的有效调控，进而能够使得微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层在室温至极端高温条件下表现出不同摩擦系数和耐磨损性能，使其在室温至极端高温条件下均具有低的摩擦系数和磨损率，可满足室温至极端高温(900～1100℃)的宽温域服役环境的应用要求，适用于极端高温服役环境条件下镍基合金及其它热端部件表面改性和防护。
附图说明
图1a本发明实施例1中镍基耐磨自润滑涂层原始粉末的形貌图；
图1b本发明实施例1中镍基耐磨自润滑涂层原始粉末Ni元素分布图；
图1c本发明实施例1中镍基耐磨自润滑涂层原始粉末Ti元素分布图；
图1d本发明实施例1中镍基耐磨自润滑涂层原始粉末Si元素分布图；
图2本发明实施例1中制备的微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层的物相组成图；
图3a本发明实施例1中制备的微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层的微观结构形貌图；
图3b本发明实施例1中制备的微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层的微观结构组织图；
图4本发明实施例1中Inconel718镍基高温合金表面熔覆微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层后的硬度分布图；
图5a本发明实施例1中制备的微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层在1100℃的实时摩擦系数曲线图；
图5b本发明实施例1中制备的微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层在1100℃的磨损率柱状图；
图6a本发明实施例1中制备的微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层在室温至1000℃条件下的摩擦系数曲线图；
图6b本发明实施例1中制备的微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层在室温至1000℃条件下的磨损率柱状图；
图7a本发明实施例2中制备的微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层在室温至1100℃条件下的摩擦系数曲线图；
图7b本发明实施例2中制备的微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层在室温至1100℃条件下的磨损率柱状图。
具体实施方式
实施例1
本实施例的微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层材料，由如下步骤制备得到：
步骤(1)、对尺寸为30×20×15mm3的Inconel718镍基高温合金进行表面喷砂粗化处理，喷砂粗化处理时，采用粒径分布在0.1～1mm的SiO2颗粒进行喷砂粗化处理，使其表面粗糙度达到0.5μm；喷砂粗化处理可以去除表面油污和氧化膜，降低镍基合金基体的表面反射率，提高其与熔覆层的结合强度。本实施例所用的Inconel718镍基高温合金中：51.11wt％Ni，19.13wt％Cr，19.07wt％Fe，4.99wt％Nb，3.14wt％Mo，0.98wt％Ti，0.87wt％Al，0.50wt％Si，余量为杂质。
步骤(2)、配置镍基耐磨自润滑涂层原始粉末；所述镍基耐磨自润滑涂层原始粉末由10wt％的钛碳化硅Ti3SiC2粉末和90wt％的Hastelloy C276镍基合金粉末组成，钛碳化硅Ti3SiC2粉末的粒径为20～30μm，杂质含量小于1wt％；Hastelloy C276镍基合金粉末中：56.26wt％Ni，16.20wt％Mo，16.67wt％Cr，6.55wt％Fe，2.66wt％W，0.8wt％Mn，余量为杂质，粒径尺寸为50～60μm；以硬质碳化钨球作为磨球，将上述比例的钛碳化硅Ti3SiC2粉末和Hastelloy C276镍基合金的粉末置于高能球磨机中以120r/min的转速混合球磨8h，所述硬质碳化钨球与所述镍基耐磨自润滑涂层原始粉末的质量之比为10:1；球磨结束后，将所述镍基耐磨自润滑涂层原始粉末置于80℃的干燥箱中烘干，得到粒径为10～20μm的镍基耐磨自润滑涂层原始粉末；该镍基耐磨自润滑涂层原始粉末的形貌和元素分布见图1a至图1d。
步骤(3)、采用激光熔覆法将镍基耐磨自润滑涂层原始粉末熔覆在经步骤(1)处理后的Inconel718镍基高温合金表面上，熔覆时，所用激光器为4000W连续波横流光纤激光器，通过负压式滚轮送粉器控制送粉，采用同轴送粉的方式并利用六轴机器人实现熔覆；激光熔覆的工艺参数为：激光功率为1.5kW，光斑直径为4mm，搭接率为50％，扫描速度为2000mm/min，送粉速率为6g/s；激光熔覆后，得到的镍基耐磨自润滑涂层的原始厚度为1.2～1.5mm。
步骤(4)、在达到加工余量后，对步骤(3)中镍基合金表面熔覆的镍基耐磨自润滑涂层进行打磨抛光形成光滑平整表面，则镍基合金表面上得到的具有光滑平整表面的镍基耐磨自润滑涂层即为微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层材料；本实施例制备得到的具有微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层材料的镍基合金即为自润滑耐高温镍基合金，该自润滑耐高温镍基合金可以满足极端高温条件下(室温至900～1100℃的宽温域服役环境)关键热端部件表面应用要求。
如图2、图3a和图3b所示，在激光作用下，原位反应生成的微纳米尺度的TiC和MoSi2陶瓷颗粒，能够与Inconel718镍基高温合金基体相实现有机结合，有效克服直接外加颗粒制备方法存在的组分偏聚、润湿性差、界面结合强度低、颗粒尺寸粗大等问题；图3a和图3b的结合说明原位反应生成的TiC和MoSi2陶瓷颗粒在基体相中分布均匀，未发生明显的团聚和偏析，原位反应生成的陶瓷粒径尺寸主要集中在5微米左右，其中部分陶瓷颗粒尺度达到纳米级别。从图4中可以看出，微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层的显微硬度保持在450Hv左右，与Inconel718镍基高温合金镍基合金基体相比，其显微硬度显著提高。从图5a和图5b中可以看出，本实施例制备得到的微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层在1100℃的极端高温条件下平均摩擦系数为0.33，磨损率为2.85×10-5mm3/N·m,在极端高温条件下表现出优异的耐磨损和自润滑性能。从图6a和图6b中可以看出，本实施例制备的微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层不仅能在1100℃的极端高温条件下表现出优异的耐磨损和自润滑性能，同时在室温至1000℃也具有优异的摩擦学性能。
实施例2
本实施例的微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层材料，其制备方法与实施例1的区别仅在于：步骤(2)中：所述镍基耐磨自润滑涂层原始粉末由20wt％的钛碳化硅Ti3SiC2粉末和80wt％的Hastelloy C276镍基合金粉末组成；球磨时，球磨转速为110r/min；步骤(3)中：熔覆时激光功率为2kW，送粉速率为10g/s。激光熔覆后，得到的镍基耐磨自润滑涂层的原始厚度为1.5～1.8mm。
本实施例制备得到的微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层在室温至1100℃条件下均表现出了优异的耐磨损和自润滑性能，具体见图7a和图7b；800℃的高温条件下，磨痕表面形成的氧化物的种类和相对含量显著增加，可以推断光滑连续摩擦膜由多金属氧化物和少量钼酸镍组成，能够阻止Si3N4球与复合涂层之间的直接切削从而起到耐磨润滑作用。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。

Claims (6)

1.微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层材料，其特征在于，由如下步骤制备得到：
步骤(1)、对镍基合金进行表面喷砂粗化处理；所述镍基合金为Inconel718镍基高温合金；
步骤(2)、配置镍基耐磨自润滑涂层原始粉末；所述镍基耐磨自润滑涂层原始粉末的粒径为10～20μm；所述镍基耐磨自润滑涂层原始粉末由钛碳化硅Ti3SiC2粉末和HastelloyC276镍基合金粉末组成；钛碳化硅Ti3SiC2粉末和Hastelloy C276镍基合金粉末的质量之比为1:4～9；钛碳化硅Ti3SiC2粉末的粒径为20～30μm，Hastelloy C276镍基合金粉末的粒径为50～60μm；
步骤(3)、采用激光熔覆法将镍基耐磨自润滑涂层原始粉末熔覆在镍基合金表面以得到镍基耐磨自润滑涂层；
步骤(4)、对步骤(3)中镍基合金表面熔覆的镍基耐磨自润滑涂层进行常规机械打磨抛光形成光滑平整表面，则镍基合金表面上得到的具有光滑平整表面的镍基耐磨自润滑涂层即为微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层材料。
2.根据权利要求1所述的微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层材料，其特征在于，步骤(1)中，利用粒径分布在0.1～1mm的SiO2颗粒喷砂粗化处理后，控制所述镍基合金的表面粗糙度在0.3～0.7μm之间。
3.根据权利要求1所述的微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层材料，其特征在于，所述镍基耐磨自润滑涂层原始粉末的配置方法为：将钛碳化硅Ti3SiC2粉末和Hastelloy C276镍基合金的粉末混合球磨；球磨结束后，将所述镍基耐磨自润滑涂层原始粉末置于干燥箱中烘干。
4.根据权利要求1所述的微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层材料，其特征在于，球磨时，以硬质碳化钨球作为磨球，采用高能球磨机进行球磨；所述硬质碳化钨球与所述镍基耐磨自润滑涂层原始粉末的质量之比为10:1；球磨转速为110～120r/min，球磨时间为6～10h；烘干温度为70～90℃。
5.根据权利要求1所述的微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层材料，其特征在于，步骤(3)中，激光熔覆所用激光器为4000W光纤激光器；激光熔覆的工艺参数为：激光功率为1.5～2kW，光斑直径为3～4mm，搭接率为30～50％，扫描速度为1500～2000mm/min，送粉速率为2～15g/s。
6.自润滑耐高温镍基合金制备方法，其特征在于，在镍基合金表面形成权利要求1～5任一所述的微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层材料。
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