[发明专利]一种冷喷涂铝基自润滑耐磨涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及一种冷喷涂铝基自润滑耐磨涂层及其制备方法，属于金属表面处理技术领域。所述涂层包含Al和Al₂O₃以及M，所述M为MoS₂和/或WS₂；所述Al和Al₂O₃中，Al₂O₃体积占比X为15‑54％；所述涂层中，M的质量总占比Y为0.02％～10.08％；所述涂层结构表述为：(Al‑Xvol％Al₂O₃)‑Ywt％M。本发明制得的自润滑耐磨涂层表面不仅相对均匀一致，而且还致密光滑，孔隙率低，具有良好的机械性能；本发明制得的自润滑耐磨涂层主要以铝为原材料，具有良好的耐均匀腐蚀性能，作为防腐涂层具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种冷喷涂铝基自润滑耐磨涂层及其制备方法，属于金属表面处理技术领域。

背景技术

随着我国深海油气田的开发与应用，高速、强摩擦、海水润滑等特殊环境对海洋油气装备提出了更高的要求，如何进一步提高海洋平台、钻机、在线生产储卸装置等海洋构筑物的耐腐蚀、耐磨性等是当前石油天然气所面临的关键性问题。铝涂层表面可以形成惰性的氧化物薄膜，具有良好的耐均匀腐蚀性能，作为防腐涂层具有广阔的应用前景。但是，铝涂层自身存在强度和硬度较低的缺点，耐磨损性能不足。

近几年来，便携式的低压冷喷涂设备不仅能用于喷涂软金属中含硬质相的复合粉末，且其经济、便携的特性更适用于野外保养和修复，得到了广泛的应用，已被越来越多的科技工作者运用到了各商业领域。加拿大工业材料研究所的E.Irissou等[E.Irissou,J.G.Legoux,B.Arsenault and C.Moreau.Investigation of Al-Al2O3 Cold SprayCoating Formation and Properties[J].Journal of Thermal Spray Technology,2007,16(5-6):661.]采用低压冷喷涂技术制备得到不同粒径的球形铝粉和不同浓度的氧化铝复合涂层，并对其形成机理和性能进行了对比研究。K.Spencer等[K.Spencer,D.M.Fabijanic,M.X.Zhang.The use of Al-Al2O3 cold spray coatings to improvethe surface properties of magnesium alloys[J].Surface&Coatings Technology,2009,204:336-344.]对比研究了AZ91E镁基体上制备的低压冷喷涂纯铝和含有Al₂O₃增强相的复合涂层，结果表明，Al-Al₂O₃复合涂层与基体之间的结合强度比纯铝涂层的结合强度高，涂层的耐磨损性比AZ91E镁基体好。

热喷涂铝涂层存在一定程度的氧化、相变和晶粒长大等现象，涂层孔隙率大，均匀性差，结合强度低，这些都导致了该涂层服役性能的下降。冷喷涂纯铝涂层硬度低、耐磨损性能差，且制备工艺要求高，一旦工艺不合适或在某一工艺下长时间工作，铝粉容易造成喷枪阻塞，影响设备的正常运行，对安全生产带来了巨大的风险。低压冷喷涂作为一种新型表面处理技术，它制备的Al-Xvol％Al₂O₃复合涂层与传统的热喷涂铝涂层相比，具有氧化程度低、致密性高、耐均匀腐蚀性好等诸多优点，但其耐磨损性能仍显不足，需要从喷涂工艺参数和涂层成分等方面进一步改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种冷喷涂铝基自润滑耐磨涂层，通过添加硬质相(Al₂O₃陶瓷颗粒)、润滑剂(MoS₂/WS₂)对现有铝涂层进行改性，旨在提高新涂层的润滑耐磨损性能；本发明同时提供所述涂层的制备方法。