CN1895795A

CN1895795A - 固体润滑、封严涂层的制备方法

Info

Publication number: CN1895795A
Application number: CN 200510031866
Authority: CN
Inventors: 蒋显亮
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2005-07-14
Filing date: 2005-07-14
Publication date: 2007-01-17
Anticipated expiration: 2025-07-14
Also published as: CN100402164C

Abstract

固体润滑、封严涂层的制造方法。采用气体火焰喷涂将MoS₂、石墨、聚四氟乙烯等固体润滑材料粉末施加到机械零部件上形成涂层，涂层疏松多孔，厚度为100μm－5mm，经过轮压、旋拧、模具冲压等加工后，涂层的厚度能准确填补机械零部件设计、制造公差，由于涂层仍具有一定变形能力和较高的润滑能力，机械零部件的装配不会存在任何困难。这种固体润滑涂层能自动调整几何形状，达到润滑和封严双重目的，从而大大降低机械零部件之间的磨损，提高机械设备运行的平稳性和使用寿命。

Description

固体润滑、封严涂层的制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于齿轮、螺纹、轴和环套等机械零部件、具有润滑、封严作用的涂层的制备方法，属于机械工程领域。

背景技术

机械零部件在设计时，必须考虑加工精度和装配需求而允许一定的公差；金属材料在温度升高时会发生膨胀，由金属材料制成的机械零部件在中/高温使用时，还必须考虑热膨胀之间的差异而留有足够的设计公差，当机械零部件在受到震动而发生轴心偏移时，这种设计公差会要求更大。由于这种公差的存在，机械零部件在运行时，平稳性受到很大影响。机械零部件在使用时，因摩擦而产生磨损。当工况条件一定时，减少磨损主要有两种办法：一是提高机械零部件材料的硬度，二是降低零部件表面之间的摩擦系数，即采取润滑措施。提高材料的硬度会增加材料供应和加工制造成本。许多材料在硬度增加时，塑性/韧性会下降，对于承受冲击载荷的机械零部件，材料的韧性比硬度更为重要。降低摩擦是一种减少磨损的行之有效的办法。降低摩擦可以从两方面入手，一是设计制造自润滑材料，二是外加润滑剂。自润滑材料的设计制造正处在研究发展时期，液体润滑剂无法在非密闭的环境和温度升高的环境下使用。

发明内容

为了克服机械零部件由于存在设计公差而带来的运行平稳性和润滑性之间的矛盾，本发明提供一种用于机械零部件固体润滑、封严涂层的制备方法，该涂层可以降低机械零部件之间的相互摩擦，提高机械设备使用的平稳性和使用寿命。

固体润滑、封严涂层的制备方法包括：对工件的脱脂；包套；喷砂粗化处理；碳化火焰喷涂；涂层处理；具体工艺过程为：

脱脂：为了增进涂层与工件基体之间的结合，同时，为了减少脂类物对喷砂砂粒和喷砂效果的影响，工件在喷砂处理前必须进行脱脂处理。工件脱脂在蒸汽箱中进行，脱脂时间5-60分钟，冷却后取出。

包套：为了避免涂层材料在工件不需要喷涂的部位粘附，同时为了避免喷砂时此处不必要的表面粗糙化，对工件无需喷涂部位进行包覆，最通常的办法是采用包覆带包覆，或采用耐热塑料或橡胶材料包覆。

喷砂：喷砂的主要目的是为了除去工件表面的吸附物和/或氧化皮，并使工件表面粗糙化，提高涂层与工件表面之间的结合力。喷砂设备可以是手工操作，也可以是双面自动进行，喷砂砂粒为刚玉砂，砂粒的大小为30-80目，喷砂压力为0.2-0.5MPa，喷砂枪距工件距离为50-150mm，喷砂后用压缩空气吹净。

火焰喷涂：火焰喷涂可适用的粉末原料有MoS₂、石墨基、聚四氟乙烯基固体润滑材料，粉末颗粒大小在10-150μm之间，喷涂厚度为100μm至5mm，喷涂送粉速率为10-200g/min，为设计公差的110％-300％。当喷涂不含石墨成分的涂层材料时采用中性火焰，当喷涂含石墨成分的涂层材料时采用碳化火焰。

喷涂粉末可以是包覆型、复合型，也可以是混合型，颗粒可以是球形，也可以是非球形。

涂层的加工处理：对涂层进行压实、整形。火焰喷涂制备的固体润滑涂层疏松、多孔，在使用过程中易脱落，涂层尺寸不能精确填补机械零件设计、制造公差或缝隙，也难于起到封严的作用。根据零部件形状、几何尺寸不一样，分别采用不同的加工处理方式。对于轴承、环等零件上的固体润滑/封严涂层，可采用轮压的方式进行整形处理；对于螺杆/螺纹等零件上的密封涂层，可采用配套螺母旋拧的方式进行整形处理；对于齿轮、涡轮叶片齿部上的润滑/封严涂层可采用模具冲压的方式进行整形处理。

不管采用何种方式对涂层进行加工处理，涂层的加工变形量应根据涂层的作用(润滑、封严或是二者兼之)来定，一般在10％-200％之间。

清洁：火焰喷涂时，即使在喷涂部位附近采用了包覆套，但仍可能在零部件某些未包覆的局部或边缘留下一些涂层粘附物，并且在涂层经过加工处理后，也会在零部件边缘留下一些残余物。对这些涂层粘附物或残余物进行清洁。

本发明在喷砂前对工件采用蒸汽脱脂比采用有机物脱脂成本低，避免了有机物对环境的污染和对人体的危害；采用耐热橡胶/塑料包套技术，包覆/脱包速度快，脱包后不留下任何粘附物，包套可反复使用，生产成本降低；火焰喷涂比其它涂层制备方法成本低，当火焰为碳化焰时，含石墨涂层材料的润滑性能不会降低，火焰喷涂形成涂层速度快，涂层厚度调节范围大，适合于多种零部件对润滑/封严涂层的制备要求；火焰喷涂制备的润滑涂层可进一步加工处理，整形后不但能很好地填补公差、间隙，而且涂层仍具备的可压缩变形性不会给机械零部件装配带来任何困难；火焰喷涂制成的涂层经压实后，既可以解决化工、机械零部件在中、低温度下使用的密封问题，也可以降低机械零部件之间的相互摩擦，提高机械设备使用的平稳性和使用寿命。

附图说明

图1：火焰喷涂示意图；

图2：轴、环的喷涂部位及压实涂层用的轮子；

图3：密封螺纹的喷涂部位及旋拧加工用的配对螺母；

图4：涡轮叶片包覆部位、喷涂部位和包套形状；

图5：涡轮叶片齿端涂层加工用冲压模具及冲压装置示意图。

具体实施方式

以航空燃气发动机压缩叶片齿部的润滑涂层制备为例，将叶片置于蒸汽柜中进行脱脂处理。对叶片齿/叶交界处采用相应的耐热橡胶包套进行包覆。对齿部进行喷砂处理，取出叶片。启动送粉，将Ni-C粉送入火焰中，颗粒大小在10-150μm之间，送粉速率在10-200g/min；载气压力在0.2-0.8MPa，载气流量在2-10l/min；氧气压力在0.2-1.0MPa，氧气流量在15-60l/min，燃气压力0.2-1.5MPa，流量为10-80l/min；雾化气体压力为0.3-1.4MPa，气体流量为30-300l/min；喷涂距离为80-300mm，喷枪与工件相对运动速度为1-10m/min，喷涂厚度达到1-2mm厚时停止送粉。采用与叶片齿部形状、大小对应的冲压模对涂层进行整形处理，如图5所示。

火焰喷涂装置如图1所示，该装置由氧气瓶、燃气瓶、雾化气瓶/管、送粉器、火焰喷枪和工件架六个基本部分组成。燃烧气体可以是丙烷、丙烯、乙炔等；送粉器可以是单筒，当喷涂两种组分时，送粉器也可以是双筒，送粉可以是螺杆驱动形式，也可以是气压形式，粉末载气可以是氮气、氩气或压缩空气；雾化气体可以是氮气，也可以是压缩空气；火焰喷枪可以采用气冷形式，也可以采用水冷形式；工件可以旋转、平移，喷枪运动可采用机械装置，也可采用机器人控制。喷涂完后关闭火焰，冷却片刻后，即可将工件从工作台/工作架上取下，取出包覆套，便可对涂层进行后续处理。

Claims

1.固体润滑、封严涂层的制备方法，其特征在于：包括对工件的脱脂；包套；喷砂粗化处理；火焰喷涂；涂层处理；具体工艺过程为：

脱脂：工件脱脂在蒸汽箱中进行，脱脂时间5-60分钟，冷却后取出；

包套：对工件无需喷涂部位进行包覆，采用包覆带包覆，或采用耐热塑料或橡胶材料包覆；

喷砂：喷砂砂粒为刚玉砂，砂粒的大小为30-80目，喷砂压力为0.2-0.5MPa，喷砂枪距工件距离为50-150mm，喷砂后用压缩空气吹净；

火焰喷涂：火焰喷涂粉末原料有MoS₂、石墨基、聚四氟乙烯基固体润滑材料，粉末颗粒大小在10-150μm之间，喷涂送粉速率为10-200g/min，喷涂厚度为100μm至5mm，为设计公差的110％-300％；

涂层的加工处理：对涂层进行压实、整形，表面清洁，涂层的加工变形量在10％-200％之间。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：当喷涂不含石墨成分的涂层材料时采用中性火焰，当喷涂含石墨成分的涂层材料时采用碳化火焰。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：对于轴承、环零件上的固体润滑/封严涂层，采用轮压的方式进行整形处理；对于螺杆/螺纹零件上的密封涂层，采用配套螺母旋拧的方式进行整形处理；对于齿轮、涡轮叶片齿部上的润滑/封严涂层，采用模具冲压的方式进行加工处理。