專利名稱：固體潤滑、封嚴涂層的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于齒輪、螺紋、軸和環(huán)套等機械零部件、具有潤滑、封嚴作用的涂層的制備方法，屬于機械工程領域。
背景技術：
機械零部件在設計時，必須考慮加工精度和裝配需求而允許一定的公差；金屬材料在溫度升高時會發(fā)生膨脹，由金屬材料制成的機械零部件在中/高溫使用時，還必須考慮熱膨脹之間的差異而留有足夠的設計公差，當機械零部件在受到震動而發(fā)生軸心偏移時，這種設計公差會要求更大。由于這種公差的存在，機械零部件在運行時，平穩(wěn)性受到很大影響。機械零部件在使用時，因摩擦而產(chǎn)生磨損。當工況條件一定時，減少磨損主要有兩種辦法一是提高機械零部件材料的硬度，二是降低零部件表面之間的摩擦系數(shù)，即采取潤滑措施。提高材料的硬度會增加材料供應和加工制造成本。許多材料在硬度增加時，塑性/韌性會下降，對于承受沖擊載荷的機械零部件，材料的韌性比硬度更為重要。降低摩擦是一種減少磨損的行之有效的辦法。降低摩擦可以從兩方面入手，一是設計制造自潤滑材料，二是外加潤滑劑。自潤滑材料的設計制造正處在研究發(fā)展時期，液體潤滑劑無法在非密閉的環(huán)境和溫度升高的環(huán)境下使用。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服機械零部件由于存在設計公差而帶來的運行平穩(wěn)性和潤滑性之間的矛盾，本發(fā)明提供一種用于機械零部件固體潤滑、封嚴涂層的制備方法，該涂層可以降低機械零部件之間的相互摩擦，提高機械設備使用的平穩(wěn)性和使用壽命。
固體潤滑、封嚴涂層的制備方法包括對工件的脫脂；包套；噴砂粗化處理；碳化火焰噴涂；涂層處理；具體工藝過程為脫脂為了增進涂層與工件基體之間的結合，同時，為了減少脂類物對噴砂砂粒和噴砂效果的影響，工件在噴砂處理前必須進行脫脂處理。工件脫脂在蒸汽箱中進行，脫脂時間5-60分鐘，冷卻后取出。
包套為了避免涂層材料在工件不需要噴涂的部位粘附，同時為了避免噴砂時此處不必要的表面粗糙化，對工件無需噴涂部位進行包覆，最通常的辦法是采用包覆帶包覆，或采用耐熱塑料或橡膠材料包覆。
噴砂噴砂的主要目的是為了除去工件表面的吸附物和/或氧化皮，并使工件表面粗糙化，提高涂層與工件表面之間的結合力。噴砂設備可以是手工操作，也可以是雙面自動進行，噴砂砂粒為剛玉砂，砂粒的大小為30-80目，噴砂壓力為0.2-0.5MPa，噴砂槍距工件距離為50-150mm，噴砂后用壓縮空氣吹凈。
火焰噴涂火焰噴涂可適用的粉末原料有MoS2、石墨基、聚四氟乙烯基固體潤滑材料，粉末顆粒大小在10-150μm之間，噴涂厚度為100μm至5mm，噴涂送粉速率為10-200g/min，為設計公差的110％-300％。當噴涂不含石墨成分的涂層材料時采用中性火焰，當噴涂含石墨成分的涂層材料時采用碳化火焰。
噴涂粉末可以是包覆型、復合型，也可以是混合型，顆?？梢允乔蛐?，也可以是非球形。
涂層的加工處理對涂層進行壓實、整形。火焰噴涂制備的固體潤滑涂層疏松、多孔，在使用過程中易脫落，涂層尺寸不能精確填補機械零件設計、制造公差或縫隙，也難于起到封嚴的作用。根據(jù)零部件形狀、幾何尺寸不一樣，分別采用不同的加工處理方式。對于軸承、環(huán)等零件上的固體潤滑/封嚴涂層，可采用輪壓的方式進行整形處理；對于螺桿/螺紋等零件上的密封涂層，可采用配套螺母旋擰的方式進行整形處理；對于齒輪、渦輪葉片齒部上的潤滑/封嚴涂層可采用模具沖壓的方式進行整形處理。
不管采用何種方式對涂層進行加工處理，涂層的加工變形量應根據(jù)涂層的作用(潤滑、封嚴或是二者兼之)來定，一般在10％-200％之間。
清潔火焰噴涂時，即使在噴涂部位附近采用了包覆套，但仍可能在零部件某些未包覆的局部或邊緣留下一些涂層粘附物，并且在涂層經(jīng)過加工處理后，也會在零部件邊緣留下一些殘余物。對這些涂層粘附物或殘余物進行清潔。
本發(fā)明在噴砂前對工件采用蒸汽脫脂比采用有機物脫脂成本低，避免了有機物對環(huán)境的污染和對人體的危害；采用耐熱橡膠/塑料包套技術，包覆/脫包速度快，脫包后不留下任何粘附物，包套可反復使用，生產(chǎn)成本降低；火焰噴涂比其它涂層制備方法成本低，當火焰為碳化焰時，含石墨涂層材料的潤滑性能不會降低，火焰噴涂形成涂層速度快，涂層厚度調(diào)節(jié)范圍大，適合于多種零部件對潤滑/封嚴涂層的制備要求；火焰噴涂制備的潤滑涂層可進一步加工處理，整形后不但能很好地填補公差、間隙，而且涂層仍具備的可壓縮變形性不會給機械零部件裝配帶來任何困難；火焰噴涂制成的涂層經(jīng)壓實后，既可以解決化工、機械零部件在中、低溫度下使用的密封問題，也可以降低機械零部件之間的相互摩擦，提高機械設備使用的平穩(wěn)性和使用壽命。


圖1火焰噴涂示意圖；圖2軸、環(huán)的噴涂部位及壓實涂層用的輪子；圖3密封螺紋的噴涂部位及旋擰加工用的配對螺母；圖4渦輪葉片包覆部位、噴涂部位和包套形狀；圖5渦輪葉片齒端涂層加工用沖壓模具及沖壓裝置示意圖。
具體實施例方式
以航空燃氣發(fā)動機壓縮葉片齒部的潤滑涂層制備為例，將葉片置于蒸汽柜中進行脫脂處理。對葉片齒/葉交界處采用相應的耐熱橡膠包套進行包覆。對齒部進行噴砂處理，取出葉片。啟動送粉，將Ni-C粉送入火焰中，顆粒大小在10-150μm之間，送粉速率在10-200g/min；載氣壓力在0.2-0.8MPa，載氣流量在2-10l/min；氧氣壓力在0.2-1.0MPa，氧氣流量在15-60l/min，燃氣壓力0.2-1.5MPa，流量為10-80l/min；霧化氣體壓力為0.3-1.4MPa，氣體流量為30-300l/min；噴涂距離為80-300mm，噴槍與工件相對運動速度為1-10m/min，噴涂厚度達到1-2mm厚時停止送粉。采用與葉片齒部形狀、大小對應的沖壓模對涂層進行整形處理，如圖5所示。
火焰噴涂裝置如圖1所示，該裝置由氧氣瓶、燃氣瓶、霧化氣瓶/管、送粉器、火焰噴槍和工件架六個基本部分組成。燃燒氣體可以是丙烷、丙烯、乙炔等；送粉器可以是單筒，當噴涂兩種組分時，送粉器也可以是雙筒，送粉可以是螺桿驅動形式，也可以是氣壓形式，粉末載氣可以是氮氣、氬氣或壓縮空氣；霧化氣體可以是氮氣，也可以是壓縮空氣；火焰噴槍可以采用氣冷形式，也可以采用水冷形式；工件可以旋轉、平移，噴槍運動可采用機械裝置，也可采用機器人控制。噴涂完后關閉火焰，冷卻片刻后，即可將工件從工作臺/工作架上取下，取出包覆套，便可對涂層進行后續(xù)處理。
權利要求
1.固體潤滑、封嚴涂層的制備方法，其特征在于包括對工件的脫脂；包套；噴砂粗化處理；火焰噴涂；涂層處理；具體工藝過程為脫脂工件脫脂在蒸汽箱中進行，脫脂時間5-60分鐘，冷卻后取出；包套對工件無需噴涂部位進行包覆，采用包覆帶包覆，或采用耐熱塑料或橡膠材料包覆；噴砂噴砂砂粒為剛玉砂，砂粒的大小為30-80目，噴砂壓力為0.2-0.5MPa，噴砂槍距工件距離為50-150mm，噴砂后用壓縮空氣吹凈；火焰噴涂火焰噴涂粉末原料有MoS2、石墨基、聚四氟乙烯基固體潤滑材料，粉末顆粒大小在10-150μm之間，噴涂送粉速率為10-200g/min，噴涂厚度為100μm至5mm，為設計公差的110％-300％；涂層的加工處理對涂層進行壓實、整形，表面清潔，涂層的加工變形量在10％-200％之間。
2.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于當噴涂不含石墨成分的涂層材料時采用中性火焰，當噴涂含石墨成分的涂層材料時采用碳化火焰。
3.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于對于軸承、環(huán)零件上的固體潤滑/封嚴涂層，采用輪壓的方式進行整形處理；對于螺桿/螺紋零件上的密封涂層，采用配套螺母旋擰的方式進行整形處理；對于齒輪、渦輪葉片齒部上的潤滑/封嚴涂層，采用模具沖壓的方式進行加工處理。
全文摘要
固體潤滑、封嚴涂層的制造方法。采用氣體火焰噴涂將MoS
文檔編號B24C1/00GK1895795SQ20051003186
公開日2007年1月17日 申請日期2005年7月14日 優(yōu)先權日2005年7月14日
發(fā)明者蔣顯亮 申請人:中南大學