[发明专利]基于激光织构的冷植入制备金属基自润滑涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及表面微加工技术领域，特别涉及一种基于激光织构的冷植入制备金属基自润滑涂层的方法。

背景技术

近年来，随着科学技术的迅猛发展，包括航天航空等多个领域对仪器、设备及材料的抗磨性能提出了更高的要求，这也加速了固体润滑替代液体润滑的步伐，自润滑涂层因兼有涂层基体的力学性能和润滑相的摩擦学特性受到越来越多关注。但是由于润滑相在涂层中分布不均匀会引起不稳定的摩擦系数以及三维微、纳米结构缺陷，这些一直是自润滑涂层制备的难点。

激光表面织构化技术是一种最易控制的微细形貌造型技术，又由于速度快、能耗低、洁净度高、不受材料限制等优点，可以实现涂层表面规则分布、尺寸可控的微孔阵列，将该技术与自润滑涂层技术结合起来，可以有效改善零件表面的摩擦和磨损性能。而对于激光织构表面的抗摩减磨研究，主要集中在微孔形状、微孔深度与微孔直径的比值(深径比)和造型密度三个方面来提高摩擦副工作表面的抗摩减磨性能。

中国专利″一种基于激光织构的自润滑减磨复合结构表面制备方法″(申请号：201410341263.9)公开了一种基于激光织构的自润滑减磨复合结构表面制备方法，先采用皮秒脉冲激光进行表面织构，再以介电泳力向织构结构填充润滑剂，最后激光快速扫描制备自润滑涂层。高能量高密度激光熔覆过程中会出现润滑相的减少，还有但润滑相分布不均使得涂层的自润滑性能未能充分发挥。

中国专利″一种钛合金表面复合耐磨减摩涂层及其制备方法″(申请号：201410767991.6)公开了一种钛合金表面复合耐磨减摩涂层及其制备方法，将激光表面织构化技术和等离子电解氧化技术相结合，在钛合金表面制备织构化/陶瓷化复合涂层，并涂覆固体润滑剂以改善其表面摩擦性能。这种工艺便于添加润滑剂，但是制备的材料涂层太过于局限，无法实现材料整体表面的自润滑。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供了一种基于激光织构的冷植入制备金属基自润滑涂层的方法，有效改善了润滑相在涂层表面不均匀分布，降低表面的摩擦因子，在提高表面抗摩、减磨性能的同时，实现材料表面的自润滑，同时减少了三维微、纳米结构的缺陷。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于激光织构的冷植入制备金属基自润滑涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、制备激光织构表面结构：采用脉冲光纤激光器对熔覆后的试样的涂层表面进行织构化处理，制备微孔阵列，形成激光织构化表面；

S2、对织构化后的试样的涂层表面进行处理；

S3、将球磨好的粉末润滑剂填充在试样的激光织构表面结构内；

S4、将填充好润滑剂的试样固定在搅拌摩擦焊设备的工作台上，在氩气体保护下进行加工，完成试样的自润滑涂层的制备。

其中，所述S1中的激光织构化表面为由正六边形组成的蜂窝状，所述正六边形的边长为1.5mm～2.5mm，深度0.5mm～1.5mm，织构密度范围为30％～50％。

其中，所述S1中脉冲光纤激光器的基本参数为：激光波长1064nm、脉冲频率30～250kHz、脉冲宽度80～120ns，每个孔需要15～20个脉冲。

其中，所述S2中对涂层表面的处理具体采用氨水对试样的涂层表面进行擦洗，并去除试样的涂层表面的氧化物。

其中，所述S3中填充的粉末润滑剂的厚度为所述试样的激光织构表面结构深度的0.9～1.0倍。

其中，所述S4中搅拌摩擦焊设备所用的搅拌头的工艺参数为：轴肩直径为8～12mm，搅拌头直径3～5mm，长2.5～3.5mm，搅拌速度50mm/min，旋转速度为500～750r/min。

其中，所述S4中搅拌摩擦焊设备所用的搅拌头的轴肩压入试样的表面深度为0.15～0.25mm。

本发明的有益效果为：

1)本方法是在金属基涂层上进行的，克服了在激光辐照之后由于熔池区域内部会存在较大的温度梯度导致后续的快速凝固过程中产生较强的热应力涂层中产生微裂纹，同时避免了由于高温影响润滑相的减少。

2)用本方法在涂层表面形成多尺度微孔结构，可以提高表面润滑涂层的结合强度，经过搅拌摩擦焊处理后，使得润滑相在涂层分布更加均匀，降低表面的摩擦因数，在提高表面抗摩、减磨性能的同时，实现表面的自润滑。

3)整个工艺过程简单、易于实现自动化、效率高，具有较为理想的工程应用意义。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

图2为脉冲光纤激光器对涂层进行织构的示意图。