[发明专利]含有石墨烯/二硫化钼的钛及钛合金表面自润滑耐磨涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种含有石墨烯/二硫化钼的钛及钛合金表面自润滑耐磨涂层的制备方法。本发明先打磨钛及钛合金部件表面，采用Nd:YAG脉冲激光打孔器在预处理后的钛及钛合金表面打圆孔，得到表面织构化的钛及钛合金，再进行等离子电解氧化处理，然后浸入超高分子量聚乙烯和石墨烯/二硫化钼的热溶液中，提拉成膜，得到钛及钛合金表面自润滑耐磨涂层。本发明通过掺入石墨烯/二硫化钼混合物后，表面有机涂层形成了片层状的复合结构，与纯超高分子量聚乙烯涂层相比，摩擦系数、磨损率明显下降，润湿性提高，应用范围更加广泛。

技术领域

本发明属于表面处理技术领域，涉及钛合金表面涂覆强化处理，具体涉及一种含有石墨烯/二硫化钼的钛及钛合金表面自润滑耐磨涂层的制备方法。

背景技术

人工关节可代替损伤关节，缓解关节疼痛，恢复关节正常功能。人工关节材料是医用植入器件，需具有良好的生物相容性和耐磨性。钛及钛合金具有密度低、耐蚀性好、强度高的优点，在航空航天、化工、生物材料等方面应用广泛。钛合金经热处理后的抗拉强度高达900～1000MPa，可与高强钢相媲美，但是硬度较低，约为高强钢的2/3(高强钢的硬度为HV500～600)，并且摩擦系数较大(0.5～0.7)，耐磨损性能差，严重限制了钛合金的应用范围。。

近年来，等离子电解氧化(Plasma Electrolytic Oxidation,PEO)技术，又称为微弧氧化技术，作为一种可以快速实现金属表面陶瓷化转变的技术，开始在铝、镁、钛、锆等阀金属及其合金的表面处理中得到应用。该技术可以显著提高钛合金的表面硬度和耐磨性，但是，形成的氧化陶瓷层表面粗糙且多孔，在无润滑条件下摩擦系数较高，容易造成滑动件及其配副件的磨损，不利于实际应用。

专利CN103103597A在PEO涂层表面，采用机械涂覆、溅射、气相沉积等处理方法沉积一层低摩擦的外层(石墨、MoS₂)，有效的降低PEO涂层的摩擦系数，改善其摩擦性能，并且在润滑外层发生磨损后，PEO涂层表面自生微孔中储存的润滑剂仍可以补充到滑动表面，继续提供润滑。但是表面的涂层成分复杂，成本较高。专利CN101280450A提供了一种具有很好硬度和自润滑性能的涂层，但其非固体润滑介质，导致适用范围，尤其是温度范围，受到了很大的限制。专利CN103498181A提供了一种固体自润滑介质涂层，但其高分子涂层与陶瓷涂层之间的结合较差，且涂层摩擦系数依然较高，在0.2左右。而钛及钛合金的表面涂覆技术中，不仅要求具有很好的硬度，宽泛的使用温度，也要求具有更好的结合强度及更低的摩擦系数。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结合强度高和表面硬度高、摩擦系数低的含有石墨烯/二硫化钼的钛及钛合金表面自润滑耐磨涂层的制备方法。

本发明的技术方案是：

含有石墨烯/二硫化钼的钛及钛合金表面自润滑耐磨涂层的制备方法，具体步骤如下：

步骤1，打磨钛及钛合金部件表面，将打磨后的钛及钛合金浸入含硝酸20～30g/L和氢氟酸10～15g/L的溶液中，表面氧化层腐蚀完全后，在乙醇中超声处理，水洗，干燥，得到预处理后的钛及钛合金；

步骤2，采用Nd:YAG脉冲激光打孔器在预处理后的钛及钛合金表面打圆孔，孔径为0.05～0.2mm，面积率为5％～25％，得到表面织构化的钛及钛合金；

步骤3，对表面织构化的钛及钛合金进行等离子电解氧化处理，以铝酸钠-磷酸钠体系或硅酸钠-磷酸钠体系为电解液，等离子电解氧化处理的参数为：电流密度1～2A/dm²，电压450V～550V，占空比20％～25％，频率400～800Hz，反应时溶液温度低于5℃；

步骤4，按石墨烯与二硫化钼的质量比＜1:4混合，将混合物在无水乙醇中超声分散，干燥；