[发明专利]一种固体润滑高温耐磨粉末组合物及其复合涂层制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合金粉沫组合物及其应用，特别涉及一种适用于采用激光熔覆技术制备固体润滑高温耐磨复合涂层的粉末组合物及其制备方法。 

背景技术

在航空、航天、核能、军工等尖端技术领域，存在着大量在高真空度、高温、高速、重载等苛刻工况环境下运行的摩擦运动副零部件，如高温绝热发动机轴承、活塞环、缸套、核阀、汽轮机叶片等，普通的润滑油脂已不能完全满足使用要求，在运动部件表面制备出一种高效、环保的耐磨减摩自润滑涂层是解决上述问题的有效途径之一。 

       固体润滑主要是指用沉积、镀、喷涂等方法将固体润滑剂结合在摩擦表面上形成固体润滑膜，摩擦时在对偶件表面形成转移膜，使摩擦发生在润滑剂内部，由于润滑剂的剪切强度比较低，从而减小摩擦，降低磨损。固体润滑材料的耐磨性，取决于材料的物理和力学等性能，同时取决于转移膜的生成速度及其在材料表面牢固粘着程度。固体润滑膜在磨损过程中会不断磨损，但是固体润滑剂作为供给源会不断提供固体润滑，这些功能因不同的固体润滑剂和不同的制备方法而异。常见的固体润滑剂有石墨、软金属(Au、Ag、Pb等)、层状固体硫化物(MoS₂、WS₂)、氟化物(CaF₂、BaF₂等)及高分子聚合物等。其中MoS₂和WS₂是应用最为广泛的固体润滑剂，MoS₂和WS₂具有层状结构，其晶体为六方晶系，由于其层与层之间的范德华力较小，故剪切强度较低，因而拥有较低的摩擦系数，可起到很好的减摩作用。 

激光熔覆技术是一种涉及物理、冶金、材料学等领域的先进的、具有广阔应用前景的表面改性技术，在现代化工业中不断显示强大的经济效益和社会效益，引起学术界、工业界的极大重视。激光熔覆具有以下独特的性能特点：（1）制备的涂层微观组织致密、晶粒细小、热影响区小，具有典型的快速凝固非平衡组织特征；（2）涂层与基体间为高强度冶金结合；（3）激光熔覆在大气下进行，激光束能量集中，热影响区小，可以方便地对工件的任意部位进行局部熔覆处理。 

在本发明作出之前，中国发明专利（CN102363853A）提供了一种固体润滑复合材料，包括：15wt%～30wt%的镍铬合金；40wt%～60wt%的碳化铬；10wt%～20wt%的二硫化钨；10wt%～20wt%的氟化钙；它通过激光熔覆的方法在基体材料上形成固体润滑涂层；该技术方案在涂层的复合材料体系中加入二硫化钨作为固体润滑相，能有效减轻高温耐磨复合涂层自身及其对偶件的摩擦磨损，提高材料的高温耐磨寿命。然而必须指出，由于WS₂与复合粉末中金属相的润湿性和亲和力不理想，且由于其熔点和氧化温度较低而在激光辐照下易发生氧化分解，生成WO₃，从而降低所制备涂层的自润滑性能。 

化学镀是一种不使用电极，而依靠镀液中的还原剂使金属离子在待镀基体表面发生化学沉积的表面处理方法，其中发展得最为充分的是化学镀镍。与传统的电沉积工艺相比，化学镀镍方法具有三大优点：首先，由于不存在电流在工件表面分布的“边角效应”等问题，因此获得的镀层薄厚均匀，受工件的表面形状影响较小；其次，经化学镀Ni后获得的镀层为非晶态的Ni 合金，具有良好的耐蚀、耐磨性能，耐蚀性接近不锈钢，经过适当处理的镀层硬度可与电镀硬铬相媲美。将各种材质的镀件浸在60～95℃的次磷酸钠和硫酸镍的混合溶液中，镀层便可通过还原反应形成于低合金钢、铝合金、镁合金、铜合金以及塑料或者陶瓷材料的表面镀层中。P的存在是很重要的，因为化学镀后的镀件在经过一道特殊的热处理后，镀层的硬度有了显著提高，可达到1000HV。由于化学镀 Ni-P 镀层具有良好的抗磨损和耐腐蚀性能，因此，被广泛地运用于化学、机械和电子工业中。但是，在粉末表面采用化学镀形成Ni-P镀层，并将其应用于激光熔覆技术领域，还未见报道。 

发明内容

为了能有效改善航空航天、核能等领域的某些运动副零部件在高温等苛刻环境下的润滑条件，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种在激光辐照下能有效降低固体润滑剂分解和蒸发的粉末组合物，以及用该粉末组合物制备具有硬度高、耐磨性能好，并能实现自润滑的复合涂层的方法。