[发明专利]一种表面微坑自润滑涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种表面微坑自润滑涂层及其制备方法，该自润滑涂层的组成包括：基材表面激光熔覆镍基涂层；镍基涂层表面电火花加工微坑织构；固体润滑剂与树脂混合后填充到微坑织构。本发明将镍基涂层的高硬度性能、表面微坑织构的减摩性能和润滑剂的润滑性能三种减摩耐磨方法结合，得到的涂层具有更佳的作用时效，使用寿命也有所提高，具有优良的润滑性能、耐磨性、自修复性和稳定性，该结构在提高表面抗摩、减摩性能的同时，实现表面自润滑，满足苛刻工况下零件的使用要求。

技术领域

本发明属于表面工程领域，具体地说，涉及一种表面微坑自润滑涂层及其制备方法。

背景技术

机械零部件在服役过程中，其相互接触的表面界面间的摩擦磨损行为直接影响整个设备的服役寿命、工作效率、承载能力和安全系数。因此，如何提高其表面耐磨性能一直是研究重点。研究发现，利用表面改性技术可以在保持基材原有优点的基础上进一步增强其抗磨减摩性能。激光熔覆作为一种先进表面改性技术,其利用高能量激光束聚焦能量极高的特点,瞬间将在基材表面预置或与激光同步的粉末完全熔化、同时基材部分熔化,形成一种新的复合材料，该熔覆层与基体冶金结合,达到表面改性的目的。利用该技术激光熔覆高硬度耐磨涂层虽然能很大程度的提高材料的耐磨性能，但高硬度表面加剧了对偶件的磨损，达不到减摩效果，并不利于提高摩擦件的磨损寿命。专利公布号CN111020559A公布了一种钛合金表面耐高温自润滑涂层及其制备方法，该涂层能减轻涂层自身及其与对偶件的摩擦磨损,显著提高钛合金的耐磨寿命,但由于润滑剂的硬度低，存在加入润滑剂制备自润滑涂层会降低涂层硬度的问题，且添加润滑剂制备的涂层存在气孔、裂纹等制备缺陷。

目前表面改性技术中，表面微织构化技术是一种极具潜力的提高耐磨性的方法，微织构能改变材料在摩擦过程的接触状态、改善微表面的摩擦磨损性能。专利公布号CN109593442B便公布了一种基于微织构表面自修复、自润滑涂层的高耐磨自润滑涂层的制备方法，在微织构中存储自修复、自润滑的微胶囊能在摩擦面不断补充形成连续的润滑膜。但在摩擦过程中，织构本身的结构性磨损会降低材料的耐磨寿命。

在零件表面激光熔覆熔覆层虽达到耐磨性提高的目的，但存在减摩效果差、摩擦对偶件磨损加剧、加入润滑剂后涂层硬度降低等问题。零件表面织构处理可储存润滑油、磨粒等达到减摩目的，但织构化表面降低了表面实际接触面积，织构表面承载能力下降。

发明内容

针对现有技术存在的熔覆层减摩性能的不足和织构减少实际接触面积后导致结构性磨损的问题，本发明提供一种高耐磨、使用寿命长的表面微坑自润滑涂层及其制备方法。

为达到上述目的，本发明技术方案如下：一种表面微坑自润滑涂层，基材表面激光熔覆镍基涂层；镍基涂层表面电火花加工有微坑织构，所述微坑阵列尺寸为直径200um、深度30～80um、间距300～500um；微坑织构中填充有混合润滑剂，所述混合润滑剂是树脂胶和质量占总质量40％-60％的固体润滑剂二硫化钼，树脂胶为环氧树脂E-44与低分子聚酰胺树脂650，两者按照质量为1:1混合搅拌。

表面微坑自润滑涂层的制备方法，包括以下步骤：

1)基材表面毛化处理并清理试样表面，在基材表面激光熔覆制备镍基涂层；

2)镍基涂层表面加工微坑织构，微坑阵列尺寸为直径200-300um、深度30-80um、间距300-500um；

3)将树脂胶与占混合质量40％-60％的固体润滑剂二硫化钼混合成膏状，与上述步骤2)的微坑复合，常温固化。

步骤1)所述镍基涂层所用的合金粉末化学成分及各元素质量百分比为：C：0.5-1.1％、Cr：15-20％、B：3-4.5％、Si：3.5-4.5％、Fe：15％、Ni：余量，粉末粒度53-150um。

步骤1)所述制备耐磨涂层用光纤激光器，激光功率1.8-3.5kw，激光扫描400-600mm/min，粉末送粉速率25g/min，激光光斑5X5mm，涂层厚0.8-1mm。