[发明专利]一种WC新型复合润滑涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种WC新型复合润滑涂层及其制备方法，属于耐高温复合润滑材料领域，特别适用于制备高温条件下的箔片空气轴承轴颈表面的耐热耐磨润滑涂层。该涂层包含WC‑Co，Ag，BaF₂，CaF₂，成分重量比为：WC：68%~72%，Co：8%~12%，Ag：9%~11%，BaF₂：4%~6%，CaF₂：4%~6%。其中需要将BaF₂，CaF₂制成共晶粉末，用行星式球磨机对上述10~100 um的WC‑Co，Ag，BaF₂/CaF₂共晶粉末进行球磨，获得粒度10‑50 um的复合粉末，用等离子喷涂方式在金属基体上制成颗粒分布均匀的复合涂层。在进行摩擦磨损实验时，本发明的涂层在200℃~600℃时，摩擦系数得到显著降低，磨损性能增强，可以延长箔片空气轴承的使用寿命以及降低维护费用。

技术领域

本发明属于耐高温复合润滑材料领域，涉及一种WC新型复合润滑涂层及其制备方法。

背景技术

箔片空气轴承是动压气体轴承的重要形式之一，是一种以柔性表面为支承的自作用式流体动压轴承，它主要由四部分构成：波箔片、平箔片、轴承座和转子。与传统的动压气体轴承相比，箔片空气轴承具有运行寿命长、可靠性高、承载能力大、启停性能好、耐高温能力强和转速高等特点。目前，箔片空气轴承已经在高温高速旋转机械中得到了成功的应用，例如空气制冷机，辅助能量单元和各类小型透平压缩机及航空机械。

箔片空气轴承技术进步和发展的关键技术之一是高温启停时的润滑。在正常高速运转中，轴颈和平箔片表面之间形成动压气膜，将轴颈和平箔片隔离，理论上不存在固体接触，因此稳定运行时箔片空气轴承几乎不存在磨损。但是当箔片空气轴承在启停阶段运行时，转子转速低于轴承的起飞临界转速，轴颈和平箔片之间无法形成有效的动压气膜，导致箔片空气轴承的平箔片表面和轴颈表面处于干摩擦状态，这种接触摩擦状态，会导致轴承轴颈和平箔片表面的磨损，带来启动力矩大的问题，减少箔片空气轴承的使用寿命，当平箔片磨损超过其厚度的25%时，以及当轴颈的磨损超过0.025 mm时，此箔片空气轴承已经失效。

因此，必须提供一种固体润滑剂来减小箔片空气轴承的摩擦和磨损。传统的固体润滑剂（如MoS₂、石墨、PTFE）的使用温度被局限在300 ℃左右，为了满足箔片空气轴承的使用温度，NASA格林研究中心从1995年开始致力于高温固体自润滑系列涂层研究。高温固体自润滑涂层（PS304）是采用等离子喷涂技术制备的复合涂层，表现出了极好的附着性和摩擦磨损性能，已成为箔片空气轴承用涂层的首选，其成分由60%NiCr、20%Cr₂O₃、10%Ag和10%BaF₂/CaF₂共晶体所组成，其中NiCr为粘合剂，Cr₂O₃为硬化剂和高温润滑剂，Ag为低温润滑剂且可提高涂层的热稳定性，BaF₂/CaF₂共晶为高温润滑剂。但PS304涂层存在显微组织不均匀、强度低等严重的不足，易造成涂层在使用过程中过早地被剥离脱落而失去润滑作用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种WC新型复合润滑涂层及其制备方法，特别适用于制备高温条件下的箔片空气轴承轴颈表面的耐热耐磨润滑涂层。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种WC新型复合润滑涂层，按重量百分比表示，该涂层的组份包括：WC：68%~72%，Co：8%~12%，Ag：9%~11%，BaF₂：4%~6%，CaF₂：4%~6%。

一种生产权利要求1所述的WC新型复合润滑涂层的制备方法，具体步骤如下：

（1）BaF₂/CaF₂共晶粉末制备