[发明专利]制备含有金属基体复合物的耐磨涂层的方法及由其制备的涂层

说明书

技术领域

本发明涉及制备含有金属基体复合物的耐磨涂层的方法和使用该方法制备的涂层，更具体地是，涉及提供下述耐磨涂层的方法以及由此方法制备的涂层，所述耐磨涂层具有很高的抗基材表面出现疲劳裂纹的性能，并且不会在涂层形成过程中导致热应变等对基材的破坏。

背景技术

为延长在诸如摩擦、疲劳、腐蚀或磨损等磨蚀环境中使用的机械部件的寿命，已经采取的方法有硬化部件表面或向其上涂覆耐磨材料。

作为改善耐磨性的涂覆材料，应用最广的是具有高硬度的材料，即诸如氧化物(例如氧化铝)、碳化物(例如SiC或TiC)和氮化物(例如Si₃N₄、TiN)等陶瓷材料。

作为具有耐磨涂覆结构的典型机械部件，可以提到的有汽车发动机组和相关部件，具体说来，为抑制缸膛内壁的磨蚀，已经开发出了非常多的技术。例如，可以提到的有韩国专利第1997-0045010号公报、第1998-017171号公报和第2003-0095739号公报。具体地，韩国专利第1997-0045010号公报披露了一种形成涂覆膜的方法，所述涂覆膜可以取代缸膛内壁上的现有的铸铁衬套，在该方法中，通过在膛内壁上通过使用等离子体或电弧作为热源的喷射热解形成含有陶瓷及其混合物的涂覆粉末而使耐磨性得到改善。

韩国专利第1998-017171号公报披露了一种通过利用碳化硅颗粒的等离子体喷射热解在铝缸体的膛侧上形成耐磨涂覆层的方法。

韩国专利第2003-0095739号公报则披露了一种通过在不锈钢气缸膛内壁上喷射喷涂用粉末组合物，同时利用高温热源将其熔融从而形成涂覆膜的方法，所述喷涂用粉末组合物是氧化铝和氧化锆的混合物。

如上所述，关于使用具有优异的耐磨性的陶瓷材料在金属基材上形成耐磨涂层已经进行了大量尝试，但是所有这些方法主要都是以等离子体或电弧喷射热解为基础。这些喷射方法通过将待涂覆的粉末颗粒加热到约等于或高于熔点，由此使它们至少部分熔融，从而在基材上提供粉末颗粒。

因此，由于将要在基材上涂覆的陶瓷颗粒加热到普通陶瓷颗粒的熔融温度，即1000℃左右的高温，然后通过接触将其提供到基材上，因而在涂覆过程中这些陶瓷颗粒会因热冲击而引起对基材的破坏，导致冷却过程中产生残余应力，由此使粘合性降低，部件寿命缩短。

此外，由于高温颗粒喷射，增大了使用喷射机器处理的风险，并且将不可避免地使用复杂的作业线。另外，高温熔融颗粒可能会与金属基体或其表面上的杂质反应，形成其它化合物，由此对材料性能产生不良影响。

同时，周期循环将产生周期性应力，因此，当发动机工作时，往复机械和相关部件会连续重复地接收到发动机旋转产生的多次循环应力，结果，周期性应力将使热机的相关部件和局部受热的部件出现疲劳裂纹，最终缩短部件寿命。例如，在柴油机组中，将用于插入电热塞的插入槽形成在气缸洼窝(cylinder groove)附近，其中插入槽和气缸洼窝之间的区域很可能会被因减小的间距和高温所产生的疲劳裂纹破坏。

因此，在许多场合中，在诸如活塞式发动机和燃气轮机等热机中使用的部件都需要具有良好的抗疲劳裂纹性和耐磨性。然而，在多数现有涂覆技术中仅单独涂覆陶瓷。在这些情况下，向金属基体的热传递不能很好地进行，因而保持了高温。结果，虽然耐磨性可能会得到改善，但是因疲劳而产生的裂纹会增加，因而抗疲劳性降低。

发明内容

技术问题

为了解决现有技术存在的问题，本发明的一个目的是提供一种制备最佳涂层的方法及所述涂层，所述涂层不会使基体材料因受到热冲击而产生热应变或损坏，同时具有优异的耐磨性。

此外，本发明的另一个目的是提供一种制备下述涂层的方法及所述涂层，所述涂层具有优异的抗因所述涂层的疲劳而产生裂纹的性能，其方式是防止所述涂层中热量聚集，抑制基材和所述涂层之间或所述涂层内部产生裂纹。

技术方案

为实现上述目的，本发明提供了一种制备含有金属基体复合物的耐磨涂层的方法，所述方法包括下述步骤：

提供基材；

制备含有平均直径为50μm～100μm的金属、合金或其混合物颗粒和平均直径为25μm～50μm的陶瓷或其混合物颗粒的混合物粉末，二者的体积比为1∶1～3∶1；

将所述混合物粉末注射到用于涂覆的喷嘴中；和

通过利用在所述喷嘴中流动的输送气流，以300m/s～1,200m/s的速率对处于非熔融状态的混合物粉末进行加速，由此将所述混合物粉末涂覆在所述基材的表面上。