[发明专利]一种钢表面原位陶瓷减磨涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钢表面原位陶瓷减磨涂层及其制备方法，减磨涂层包括钢基体，钢基体表面具有由石墨烯、MoS₂、Al₂O₃和ZrO₂组成的陶瓷涂层；将钢表面经抛光后，采用激光熔化沉积工艺在其表面沉积纳米TiC增强的Al‑Zr合金，在氩气中进行退火处理，形成FeAl扩散层；然后在含Na₂MoO₄和Na₂S的硅酸盐水溶液中进行微弧氧化处理，在激光熔化沉积Al‑Zr合金层表面原位形成具有润滑功能石墨烯/MoS₂复合强化的耐磨Al₂O₃/ZrO₂陶瓷涂层。本发明增强了涂层与钢基体间的结合强度，且在Al₂O₃、ZrO₂陶瓷的减磨与石墨烯/MoS₂的润滑作用，显著提高钢的耐磨性能。

技术领域

本发明属于钢表面涂层，尤其涉及一种钢表面原位陶瓷减磨涂层及其制备方法。

背景技术

钢因具有良好的力学性能及廉价的特点而被广泛应用于机械装备制造领域。模具钢因拥有优良的淬透性、抗热裂性能以及抗氧化性能的特点，被广泛用于制造热作模具（如H13钢）。但因其服役过程中常经受高温及冲击载荷作用，导致其重要的工作面易产生裂纹以及发生疲劳磨损等失效情况。调质钢因具有良好的淬透性及综合力学性能，在工程零件制造领域应用尤为广泛。如40CrMo、42CrMo等被广泛应用于制造螺栓、键轴及活塞杆等服役期间伴有磨损及承受交变载荷的零件。活塞杆作为汽车减振器的核心运动零件，需在滑动摩擦环境下服役，故常对其表面通过镀铬工艺处理，但常因受冲击载荷作用使镀铬层产生裂纹和磨粒磨损失效，导致密封部位发生泄漏，且镀铬会引发系列环境污染问题。表面改性技术为提高钢耐磨性提供了一种途径，如，工业生产中广泛应用的渗碳、渗氮工艺通过在钢表面形成高硬度氮化物、碳化物层来提高零件的耐磨性和使用寿命，但渗透层较薄，难以满足长时间的磨损要求，且工艺处理周期长，制造周期长，一定程度限制了钢耐磨性能的提升。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的是提供一种钢表面原位陶瓷减磨涂层；本发明的另一目的是提供该减磨涂层的制备方法。

技术方案：本发明的一种钢表面原位陶瓷减磨涂层，包括钢基体，所述钢基体表面具有由石墨烯、MoS₂、Al₂O₃和ZrO₂组成的陶瓷涂层；所述陶瓷涂层是通过钢表面Al-Zr合金层在Na₂MoO₄、Na₂S与石墨烯的混合水溶液经微弧氧化原位形成。

本发明还保护一种钢表面原位陶瓷减磨涂层的制备方法，包括以下步骤：

（1）对钢基体进行预处理，然后在丙酮中超声清洗，除油待用；

（2）将铝粉、锆粉混合，采用激光熔化沉积工艺，在氩气保护下对加热处理后的钢基体进行表面沉积，得到Al-Zr合金层，使合金层与钢基体间形成FeAl扩散层；

（3）配置一定浓度的Na₂MoO₄、Na₂S、Na₂SiO₃、NaOH、石墨烯的混合水溶液；

（4）将步骤（2）的具有Al-Zr合金层的钢基体置于步骤（3）的混合溶液中，利用超声场辅助微射流微弧氧化工艺进行氧化处理，在Al-Zr合金层表面原位形成具有润滑功能石墨烯/MoS₂复合强化的耐磨Al₂O₃/ZrO₂陶瓷涂层。

进一步的，所述步骤（2）中，钢基体加热处理的温度为250~350℃。

进一步的，所述步骤（2）中，混合的方式为通过氩气保护将一定流量比的铝粉、锆粉送至混粉器中进行混合。