一種無(wú)機(jī)涂層及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無(wú)機(jī)涂層及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 耐磨涂層作為表面改性的一種手段，能夠賦予基體材料優(yōu)異的耐磨性能，延長(zhǎng)其 使用壽命。因此，耐磨涂層的研究一直受到人們的廣泛關(guān)注。耐磨涂層材料通常要求低摩擦 系數(shù)，但是，某些特定應(yīng)用場(chǎng)合需要高摩擦系數(shù)涂層材料，如汽車(chē)同步器等。同步器是汽車(chē) 變速箱的重要部件之一，能夠有效地降低汽車(chē)換擋過(guò)程中的震動(dòng)、沖擊和噪音，從而提高汽 車(chē)操縱的穩(wěn)定性和行駛的安全性。改變同步器結(jié)構(gòu)和同步器錐面的摩擦材料是提高同步器 性能的最主要手段。為確保變速箱良好的工作性能，要求同步器摩擦內(nèi)襯材料具有高而穩(wěn) 定的摩擦系數(shù)、良好的耐磨性、耐高溫、優(yōu)異的抗沖擊載荷能力等綜合性能。
[0003] 金屬鉬(Mo)具有抗腐蝕、耐粘著磨損、高導(dǎo)熱率、低膨脹系數(shù)以及優(yōu)異的抗熱沖擊 性能等特點(diǎn)，常被用于改善減速器同步環(huán)、內(nèi)燃機(jī)活塞環(huán)的摩擦學(xué)性能。目前，制備鉬涂層 的工藝有爆炸噴涂、火焰噴涂和等離子噴涂等。爆炸噴涂技術(shù)工藝較復(fù)雜，此方法制備鉬涂 層僅見(jiàn)實(shí)驗(yàn)室報(bào)道。工業(yè)應(yīng)用較多的是氧-乙炔火焰絲材噴涂方法，該方法設(shè)備簡(jiǎn)單，但所 制備的鉬涂層孔隙率較大，涂層內(nèi)部結(jié)合較差，導(dǎo)致其耐磨性能降低、使用壽命偏短。Mo屬 于金屬材料，易于進(jìn)行機(jī)械加工，但同時(shí)其硬度較低（1500MPa-1600MPa)，導(dǎo)致其耐磨損性 能降低，使用壽命較短。在鉬涂層中添加陶瓷組分，有利于改善其耐磨性能。
[0004]等離子噴涂涂層具有孔隙率低、結(jié)合強(qiáng)度高、噴涂原料為粉體、噴涂材料范圍廣等 特點(diǎn)。目前已有研究采用等離子噴涂方法制備了用于汽車(chē)同步器的等離子噴涂鉬合金涂 層，并研究了添加合金元素對(duì)其耐磨性能的影響。
[0005] 碳化鋯(ZrC)，具有高硬度(25.5GPa)、高熔點(diǎn)（3420°C)和良好的化學(xué)穩(wěn)定性等特 點(diǎn)，被研究應(yīng)用于各種苛刻環(huán)境，如作為磨料，用于硬質(zhì)合金、剛玉或玻璃的加工，以及宇航 用耐高溫材料和核反應(yīng)中燃料顆粒的涂覆材料等。
[0006] CN104651770A公開(kāi)了一種具有高摩擦系數(shù)和低磨損率的無(wú)機(jī)涂層及其制備方法， 所述涂層采用Mo-ZrC復(fù)合粉體為原料，在金屬基材上噴涂得到，所述涂層中ZrC含量為10~ 80vol. %。該涂層可保持高摩擦系數(shù)的特點(diǎn)，同時(shí)降低其磨損率，從而延長(zhǎng)其使用壽命。然 而，該涂層在耐腐蝕性和熱膨脹性能方面仍有待改進(jìn)。
[0007] 因此，如何研發(fā)一種具有高摩擦系數(shù)和低磨損率并具有優(yōu)異的耐腐蝕性，并具有 較低的熱膨脹系數(shù)的無(wú)機(jī)涂層是目前的重點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明通過(guò)調(diào)整無(wú)機(jī)涂層中的各組分，改善了涂層的 各性能，使其在具有高摩擦系數(shù)和低磨損率的同時(shí)，還具有優(yōu)異的耐腐蝕性，并具有較低的 熱膨脹系數(shù)。
[0009] 為達(dá)此目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：
[ΟΟ?Ο]第一方面，本發(fā)明提供了一種無(wú)機(jī)涂層，所述涂層含有1〇、21'、]?11、11，其中21'、]/[0、 Μη和Ti元素的比例為3-1:1-2:1-3:2-5。
[0011] 本發(fā)明中所述Zr、Mo、Mn和Ti元素的比例為3-1:1-2:1-3: 2-5，例如可以是3: 2:1: 5、3:1:1:2、3:2:1:3、3:2:1:2、3:2:3:5、3:2:1:4,優(yōu)選為3:2:1:4。
[0012] 本發(fā)明將Μη和Ti作為第二相引入Mo-ZrC涂層，即將金屬材料Μη和Ti與Mo和ZrC組 合，除了保持高摩擦系數(shù)的特點(diǎn)，同時(shí)降低其磨損率以外，意外發(fā)現(xiàn)其還具有優(yōu)異的耐腐 蝕性，并具有較低的熱膨脹系數(shù)。
[0013] 本發(fā)明中，所述涂層厚度為200-1000μπι，例如可以是200μL?、400μπι、600μπι、800μπι、 ΙΟΟΟμπι，優(yōu)選為 300-600μπι。
[0014] 優(yōu)選地，所述涂層的摩擦系數(shù)為0.72-0.85，優(yōu)選為0.81-0.85。
[0015] 第二方面，本發(fā)明還提供了第一方面所述的無(wú)機(jī)涂層的制備方法，包括以下步驟：
[0016] 以含有Mo、Zr、Mn、Ti的復(fù)合粉體為原料，在金屬基材上噴涂得到。
[0017] 本發(fā)明中，所述噴涂的方法為等離子噴涂方法;優(yōu)選地，所述金屬基材包括不銹 鋼。
[0018] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述制備方法包括以下步驟：
[0019] (1)按所述涂層的組成，分別稱(chēng)取Mo粉體、ZrC粉體、Μη粉體、Ti粉體，均勻混合后， 作為原料粉體；
[0020] (2)采用等離子體噴涂技術(shù)，將原料粉體噴涂在基材上，得到所述涂層。
[0021 ]本發(fā)明中，所述Mo粉體、ZrC粉體、Μη粉體、Ti粉體通過(guò)機(jī)械球磨法實(shí)現(xiàn)均勻混合； 優(yōu)選地，所述Mo粉體的粒徑為10-120μηι，純度大于95wt % ; ZrC粉體的粒徑為10-90μηι，純度 大于95wt% ;所述Μη粉體的粒徑為10-100μηι，純度大于99wt% ;所述Ti粉體的粒徑為20-100 Mi，純度大于98wt %。
[0022]本發(fā)明中，所述等離子體噴涂的工藝參數(shù)包括:等離子氣體Ar:30-50slpm;等離子 體氣體]^2:5-2〇8]^111，優(yōu)選8-188]^111;粉末載氣41':1.5-58]^111;噴涂距離:8〇-35〇111111，優(yōu)選8〇-250mm;噴涂功率:30-58KW;送粉速率:6-30r/分鐘;噴涂壓力：100-800mbar。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：
[0024] 本發(fā)明將Μη和Ti作為第二相引入Mo-ZrC涂層，即將金屬材料Μη和Ti與Mo和ZrC組 合，除了保持高摩擦系數(shù)的特點(diǎn)，同時(shí)降低其磨損率以外，意外發(fā)現(xiàn)其還具有優(yōu)異的耐腐蝕 性，并具有較低的熱膨脹系數(shù)。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 以下實(shí)施方式進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，應(yīng)理解，下述實(shí)施方式僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而非 限制本發(fā)明。
[0026] 下面進(jìn)一步列舉實(shí)施例以詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。同樣應(yīng)理解，以下實(shí)施例只用于對(duì)本 發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā) 明的上述內(nèi)容作出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。下述示例具體的 工藝參數(shù)等也僅是合適范圍中的一個(gè)示例，即本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過(guò)本文的說(shuō)明做合適 的范圍內(nèi)選擇，而并非要限定于下文示例的具體數(shù)值。
[0027] 實(shí)施例1
[0028] 制備 Mo-ZrC-Mn-Ti 復(fù)合粉體：
[0029] 按以下配比稱(chēng)取原料:ZrC粉體的體積含量為30%，粒徑為10-90μπι;Μ〇粉體的體積 含量為20 %，粒徑為10-120μπι;Μη粉體的體積含量為10 %，粒徑為10-1 ΟΟμπι; Ti粉體的體積 含量為40%，粒徑為20-100μπι;在旋轉(zhuǎn)式振動(dòng)球磨機(jī)中機(jī)械混合，球磨罐旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定為 150rpm(轉(zhuǎn)每分鐘），球料比（質(zhì)量比）為2:1。球磨3小時(shí)后，取下球磨罐，復(fù)合粉體經(jīng)80目過(guò) 篩，備用。
[0030] 制備涂層：
[0031] 1)對(duì)不銹鋼基材進(jìn)行預(yù)處理:將經(jīng)噴砂(噴砂壓強(qiáng)約為0.2MPa)處理后的不銹鋼圓 片基材（Φ 60_ X 8mm)置于無(wú)水乙醇溶液中超聲5分鐘，烘干備用；
[0032] 2)采用等離子體噴涂技術(shù)，設(shè)備為Sulzer Metro公司（瑞士）的A-2000等離子體噴 涂系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由F4-MB型噴槍以及ABB公司（美國(guó)）生產(chǎn)的S3型機(jī)械手組成，送粉器為 Twin-10型雙送粉系統(tǒng)。在處理后的不銹鋼圓片基材上制備涂層，采用的等離子體噴涂工藝 參數(shù)如下：等離子體氣體Ar流量為32slpm;等離子體氣體H2流量為16slpm;粉末載氣Ar流量 為5slpm;噴涂距離為140mm;送料速率為25r/min;噴涂功率為32kW;所噴涂的粉體為所制得 的Mo-ZrC-Mn-Ti復(fù)合粉體。
[0033] 實(shí)施例2
[0034] 制備 Mo-ZrC-Mn-Ti 復(fù)合粉體：
[0035]按以下配比稱(chēng)取原料:ZrC粉體的體積含量為32%，粒徑為10-90μπι;Μ〇粉體的體積 含量為25%，粒徑為10-120μπι;Μη粉體的體積含量為11%，粒徑為10-100ym;Ti粉體的體積 含量為32%，粒徑為20-100μπι;在旋轉(zhuǎn)式振動(dòng)球磨機(jī)中機(jī)械混合，球磨罐旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定為 150rpm(轉(zhuǎn)每分鐘），球料比（質(zhì)量比）為2:1。球磨3小時(shí)后，取下球磨罐，復(fù)合粉體經(jīng)80目過(guò) 篩，備用。
[0036]制備涂層：
[0037] 1)對(duì)不銹鋼基材進(jìn)行預(yù)處理:將經(jīng)噴砂(噴砂壓強(qiáng)約為0.2MPa)處理后的不銹鋼圓 片基材（Φ 60_ X 8mm)置于無(wú)水乙醇溶液中超聲5分鐘，烘干備用；
[0038] 2)采用等離子體噴涂技術(shù)，設(shè)備為Sulzer Metro公司（瑞士）的A-2000等離子體噴 涂系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由F4-MB型噴槍以及ABB公司（美國(guó)）生產(chǎn)的S3型機(jī)械手組成，送粉器為