[发明专利]一种织构化基体表面陶瓷基自润滑复合涂层及其制备方法

说明书

本发明属于金属表面处理领域，涉及一种织构化基体表面陶瓷基自润滑复合涂层及其制备方法。所述制备方法主要表现为：首先在基体表面进行超声滚压织构化，随后在织构化表面通过微弧氧化生成陶瓷层，最后利用电射流沉积技术在微弧氧化形成的陶瓷层表面喷涂固体润滑膜材料进行封孔。本发明中，超声滚压织构化强化了基体提高了复合涂层膜基体系的承载能力，实现了对微弧氧化陶瓷层与基体界面的主动调控，同时采用成本低、可沉积材料范围广的电射流沉积技术喷涂固体润滑膜材料进行封孔，能够有效改善金属基体表面的减摩耐磨性能。

技术领域

本发明属于金属表面处理领域，具体涉及一种织构化基体表面陶瓷基自润滑复合涂层及其制备方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

铝合金因其比强度高、易加工等优点，在机械装备等领域中被广泛应用，但铝合金表面硬度低、摩擦磨损性能差是制约其应用的关键因素之一。为减小摩擦、降低磨损，对铝合金进行表面改性是有效的解决途径之一。

微弧氧化是一种基于阳极氧化发展起来的表面改性技术。它突破了传统阳极氧化技术的限制，可以在特定的电解液和电解参数下通过高压放电，在铝、镁、钛等金属表面原位生长一层高硬度的陶瓷多孔氧化层。但陶瓷层存在着与基体结合界面不可控，陶瓷层表面的微孔、微裂纹等固有缺陷存在着使表面在干摩擦工况下摩擦系数大，加剧对磨件磨损等问题。

超声表面滚压加工是通过滚压头沿表面法线方向给材料施加一定幅度的超声机械振动，并在一定静压力和进给速度条件下，滚压头将压力和超声冲击振动传递给被加工材料表面，利用金属在常温状态下的冷塑性特点，可以使材料产生弹塑性变形。在完成加工后，可形成和基体组织之间没有明显断层的硬化层，大幅提高金属表面硬度，产生分布较深的残余压应力，使基体表面的晶粒被明显细化，从而提高了金属材料的疲劳极限及耐磨性。

表面织构技术在降低摩擦、减小磨损、改善润滑、提高承载力等方面的优异表现，使之逐渐成为解决摩擦磨损问题的一种有效手段。另外，表面织构可以提高涂层与基体的结合强度，从而延长涂层的使用寿命。超声滚压织构化技术可以在织构形状加工时获得上述表面晶粒细化、大幅提高表面硬度等强化效果，从而可以实现一步加工同时完成织构形状加工和表面强化，简化工序。

在表面引入自润滑固体膜层是减摩的有效方法之一，常用的自润滑材料有二硫化钼、石墨、聚四氟乙烯等。在微弧氧化形成的陶瓷层表面利用固体润滑膜进行封孔可以利用其多孔结构作为织构，起到提高润滑膜与陶瓷层结合强度的效果，而且可以有效降低陶瓷层表面的摩擦系数。常见的固体润滑膜制备方法，如旋涂法、物理气相沉积(PVD)、激光熔覆法等已被广泛研究，但这些方法有着成本高、效率低或涂层质量存在缺陷等问题。电射流沉积技术是一种基于电流体动力学的微液滴喷射沉积成型技术。它利用液态流体在电场力、自身重力、表面张力及粘滞力等力的作用下形成稳定的精细射流，并喷射出纳米级液滴沉积在基底上，通过层层累加实现材料的沉积成型。电射流沉积可以在常温常压下实现纳米液滴的按需喷涂，更易实现材料的致密均匀制备，且能耗低、材料利用率高。电射流沉积作为一种新型喷涂技术，具有沉积速率高、可控性强、油墨适应性广、经济性好等优点。

发明内容

为了解决铝合金表面硬度低、摩擦磨损性能差的问题，本发明提供了一种织构化基体表面陶瓷基自润滑复合涂层及其制备方法，以提高铝合金表面的摩擦学性能。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的第一个方面，提供了一种织构化基体表面陶瓷基自润滑复合涂层的制备方法，包括：

对基体表面进行超声滚压，形成织构化表面；

在所述织构化表面进行微弧氧化，生成陶瓷层；

在所述陶瓷层表面采用电射流沉积法喷涂固体润滑膜材料进行封孔，即得。