專利名稱：高溫自潤滑涂層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于耐高溫摩擦磨損材料領(lǐng)域，特別涉及一種高溫自潤滑涂層的制備方法。
背景技術(shù)：
由于傳統(tǒng)的石墨、聚四氟乙烯、MoS2等固體自潤滑材料在溫度高于300℃時(shí)已失去潤滑作用，TiN，TiAlN，Cr3C2等涂層在高于450℃時(shí)因抗氧化性能差而不能使用，因此美國NASA格林研究中心于1995～1997年在PS300的基礎(chǔ)上研制成功耐高溫(室溫～650℃)自潤滑PS304涂層(美國專利US5866518)。該涂層為NiCr(80/20)合金基體，包含3種自潤滑相，Cr2O3、Ag和BaF2/CaF2的共晶體(62/38)。其中，NiCr合金基體(占總重量60wt％)提供了良好的抗高溫氧化、抗高溫腐蝕性能和基本機(jī)械強(qiáng)度；Cr2O3(占總重量20wt％)不僅可強(qiáng)化涂層的強(qiáng)度，而且可提供有效的高溫潤滑性能(溫度＞500℃)；當(dāng)溫度大于450℃時(shí)，BaF2/CaF2(占總重量10wt％)可提供良好的潤滑性能；當(dāng)溫度低于450℃時(shí)，Ag(占總重量10wt％)可提供良好的潤滑性能。
PS304的加工過程為先將NiCr粉(44～74μm)、Cr2O3粉(30～44μm)、Ag粉(45～100μm)和共晶BaF2/CaF2(約50μm)粉末混合后再用等離子噴涂到軸頸上。其涂層為粗大的層狀組織，并且有約20％的孔隙。由于PS304涂層在長(zhǎng)時(shí)間高溫過程中其厚度會(huì)增加3～5％，因此PS304涂層必需在540℃以上的高溫下退火150小時(shí)以穩(wěn)定尺寸和顯微組織而提高涂層的強(qiáng)度，PS304涂層的最高強(qiáng)度僅為30MPa，涂層的強(qiáng)度低是導(dǎo)致涂層使用壽命短、涂層發(fā)生剝落而失效最主要的因素。
因此，PS304涂層存在顯微組織嚴(yán)重不均勻、強(qiáng)度低等嚴(yán)重的不足，易造成涂層在使用過程中過早地被剝離脫落而失去潤滑作用。因此，消除PS304涂層中粗大的層狀組織和孔隙率以及大幅度提高涂層的強(qiáng)度，是提高PS304涂層的耐摩擦磨損性能、熱學(xué)性能以及力學(xué)性能的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種使用壽命長(zhǎng)、高強(qiáng)度的高溫自潤滑涂層的制備方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的制備方法為)首先將純度大于99.0％、顆粒尺寸為30μm～200μm的Ni、Cr、Cr2O3、BaF2、CaF2、Ag粉末按Ni40％～50％，Cr5％～15％，Cr2O35％～20％，BaF25％～10％，CaF21％～5％，余量為Ag的物質(zhì)按重量比混合；將上述混合物采用高能球磨機(jī)在球料比為10～20∶1，轉(zhuǎn)速為800-1200rps的條件下以汽油介質(zhì)或惰性氣體保護(hù)球磨5小時(shí)～20小時(shí)，使粉末均勻混合，并球磨成粒度小于10μm的復(fù)合粉體，其中Cr2O3、BaF2、CaF2的晶粒尺寸小于200nm；在上述復(fù)合粉體中加入復(fù)合粉體重量0.5～3％的聚乙烯醇作為粘結(jié)劑后再與水或酒精按2～10∶1的重量比混合制成漿料，將制成的漿料涂覆在需要耐高溫的磨擦接觸平面上或軸頸表面，形成涂層，然后在50～120℃的條件下將涂層烘干；對(duì)平面涂層采用冷壓法在500～1000Mpa條件下處理0.5～5分鐘，軸頸涂層采用冷等靜壓法在500～3000Mpa條件下處理0.5～5分鐘；最后將經(jīng)過冷壓或冷等靜壓的涂層在真空條件或在氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)下于800℃～1200℃燒結(jié)1～3小時(shí)即可。
本發(fā)明采用30～200μm的金屬粉末為原料，具有成本低的優(yōu)點(diǎn)，高能球磨后粉末的晶粒度小于200nm，其燒結(jié)性能好，涂層內(nèi)的自潤滑相Cr2O3、BaF2、CaF2的晶粒尺寸小于200nm，均勻分布在NiCr基體中，而現(xiàn)有的PS304涂層自潤滑相為微米級(jí)分布，分布不均勻，且按本發(fā)明的制備方法制得的涂層其強(qiáng)度高達(dá)40MPa，比PS304的強(qiáng)度高30％以上。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1首先將純度大于99.0％、顆粒尺寸為30μm～200μm的Ni、Cr、Cr2O3、BaF2、CaF2、Ag粉末按Ni40％，Cr15％，Cr2O320％，BaF210％，CaF25％，余量為Ag的物質(zhì)按重量比混合；將上述混合物采用高能球磨機(jī)在球料比為10∶1，轉(zhuǎn)速為1200rps的條件下以汽油介質(zhì)或惰性氣體保護(hù)球磨16小時(shí)，使粉末均勻混合，并球磨成粒度小于10μm的復(fù)合粉體，其中Cr2O3、BaF2、CaF2的晶粒尺寸小于200nm；在上述復(fù)合粉體中加入復(fù)合粉體重量3％的聚乙烯醇作為粘結(jié)劑后再與水或酒精按8∶1的重量比混合制成漿料，將制成的漿料涂覆在需要耐高溫的磨擦接觸平面上或軸頸表面，形成涂層，然后在50℃的條件下將涂層烘干；對(duì)平面涂層采用冷壓法在700Mpa條件下處理2.5分鐘，軸頸涂層采用冷等靜壓法在3000Mpa條件下處理0.5分鐘；最后將經(jīng)過冷壓或冷等靜壓的涂層在真空條件或在氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)下于800℃燒結(jié)3小時(shí)即可。
實(shí)施例2首先將純度大于99.0％、顆粒尺寸為30μm～200μm的Ni、Cr、Cr2O3、BaF2、CaF2、Ag粉末按Ni50％，Cr5％，Cr2O316％，BaF25％，CaF21％，余量為Ag的物質(zhì)按重量比混合；將上述混合物采用高能球磨機(jī)在球料比為16∶1，轉(zhuǎn)速為900rps的條件下以汽油介質(zhì)或惰性氣體保護(hù)球磨5小時(shí)，使粉末均勻混合，并球磨成粒度小于10μm的復(fù)合粉體，其中Cr2O3、BaF2、CaF2的晶粒尺寸小于200nm；在上述復(fù)合粉體中加入復(fù)合粉體重量0.5％的聚乙烯醇作為粘結(jié)劑后再與水或酒精按5∶1的重量比混合制成漿料，將制成的漿料涂覆在需要耐高溫的磨擦接觸平面上或軸頸表面，形成涂層，然后在80℃的條件下將涂層烘干；對(duì)平面涂層采用冷壓法在500Mpa條件下處理5分鐘，軸頸涂層采用冷等靜壓法在500Mpa條件下處理5分鐘；最后將經(jīng)過冷壓或冷等靜壓的涂層在真空條件或在氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)下于1200℃燒結(jié)1小時(shí)即可。
實(shí)施例3首先將純度大于99.0％、顆粒尺寸為30μm～200μm的Ni、Cr、Cr2O3、BaF2、CaF2、Ag粉末按Ni45％，Cr10％，Cr2O35％，BaF28％，CaF24％，余量為Ag的物質(zhì)按重量比混合；將上述混合物采用高能球磨機(jī)在球料比為12∶1，轉(zhuǎn)速為1100rps的條件下以汽油介質(zhì)或惰性氣體保護(hù)球磨20小時(shí)，使粉末均勻混合，并球磨成粒度小于10μm的復(fù)合粉體，其中Cr2O3、BaF2、CaF2的晶粒尺寸小于200nm；在上述復(fù)合粉體中加入復(fù)合粉體重量1.0％的聚乙烯醇作為粘結(jié)劑后再與水或酒精按2∶1的重量比混合制成漿料，將制成的漿料涂覆在需要耐高溫的磨擦接觸平面上或軸頸表面，形成涂層，然后在110℃的條件下將涂層烘干；對(duì)平面涂層采用冷壓法在1000Mpa條件下處理0.5分鐘，軸頸涂層采用冷等靜壓法在2800Mpa條件下處理1分鐘；最后將經(jīng)過冷壓或冷等靜壓的涂層在真空條件或在氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)下于1000℃燒結(jié)2小時(shí)即可。
實(shí)施例4首先將純度大于99.0％、顆粒尺寸為30μm～200μm的Ni、Cr、Cr2O3、BaF2、CaF2、Ag粉末按Ni48％，Cr13％，Cr2O310％，BaF29％，CaF23％，余量為Ag的物質(zhì)按重量比混合；將上述混合物采用高能球磨機(jī)在球料比為20∶1，轉(zhuǎn)速為800rps的條件下以汽油介質(zhì)或惰性氣體保護(hù)球磨8小時(shí)，使粉末均勻混合，并球磨成粒度小于10μm的復(fù)合粉體，其中Cr2O3、BaF2、CaF2的晶粒尺寸小于200nm；在上述復(fù)合粉體中加入復(fù)合粉體重量1.6％的聚乙烯醇作為粘結(jié)劑后再與水或酒精按10∶1的重量比混合制成漿料，將制成的漿料涂覆在需要耐高溫的磨擦接觸平面上或軸頸表面，形成涂層，然后在90℃的條件下將涂層烘干；對(duì)平面涂層采用冷壓法在800Mpa條件下處理2分鐘，軸頸涂層采用冷等靜壓法在1600Mpa條件下處理3分鐘；最后將經(jīng)過冷壓或冷等靜壓的涂層在真空條件或在氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)下于900℃燒結(jié)2.5小時(shí)即可。
實(shí)施例5首先將純度大于99.0％、顆粒尺寸為30μm～200μm的Ni、Cr、Cr2O3、BaF2、CaF2、Ag粉末按Ni42％，Cr9％，Cr2O312％，BaF26％，CaF22％，余量為Ag的物質(zhì)按重量比混合；將上述混合物采用高能球磨機(jī)在球料比為15∶1，轉(zhuǎn)速為1000rps的條件下以汽油介質(zhì)或惰性氣體保護(hù)球磨10小時(shí)，使粉末均勻混合，并球磨成粒度小于10μm的復(fù)合粉體，其中Cr2O3、BaF2、CaF2的晶粒尺寸小于200nm；在上述復(fù)合粉體中加入復(fù)合粉體重量2％的聚乙烯醇作為粘結(jié)劑后再與水或酒精按4∶1的重量比混合制成漿料，將制成的漿料涂覆在需要耐高溫的磨擦接觸平面上或軸頸表面，形成涂層，然后在120℃的條件下將涂層烘干；對(duì)平面涂層采用冷壓法在600Mpa條件下處理4分鐘，軸頸涂層采用冷等靜壓法在800Mpa條件下處理4分鐘；最后將經(jīng)過冷壓或冷等靜壓的涂層在真空條件或在氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)下于1100℃燒結(jié)1.5小時(shí)即可。
實(shí)施例6首先將純度大于99.0％、顆粒尺寸為30μm～200μm的Ni、Cr、Cr2O3、BaF2、CaF2、Ag粉末按Ni49％，Cr14％，Cr2O38％，BaF27％，CaF25％，余量為Ag的物質(zhì)按重量比混合；將上述混合物采用高能球磨機(jī)在球料比為18∶1，轉(zhuǎn)速為1050rps的條件下以汽油介質(zhì)或惰性氣體保護(hù)球磨12小時(shí)，使粉末均勻混合，并球磨成粒度小于10μm的復(fù)合粉體，其中Cr2O3、BaF2、CaF2的晶粒尺寸小于200nm；在上述復(fù)合粉體中加入復(fù)合粉體重量2.5％的聚乙烯醇作為粘結(jié)劑后再與水或酒精按9∶1的重量比混合制成漿料，將制成的漿料涂覆在需要耐高溫的磨擦接觸平面上或軸頸表面，形成涂層，然后在100℃的條件下將涂層烘干；對(duì)平面涂層采用冷壓法在900Mpa條件下處理1分鐘，軸頸涂層采用冷等靜壓法在2000Mpa條件下處理2分鐘；最后將經(jīng)過冷壓或冷等靜壓的涂層在真空條件或在氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)下于950℃燒結(jié)2小時(shí)即可。
權(quán)利要求
1.一種高溫自潤滑涂層的制備方法，其特征在于1)首先將純度大于99.0％、顆粒尺寸為30μm～200μm的Ni、Cr、Cr2O3、BaF2、CaF2、Ag粉末按Ni40％～50％，Cr5％～15％，Cr2O35％～20％，BaF25％～10％，CaF21％～5％，余量為Ag的物質(zhì)按重量比混合；2)將上述混合物采用高能球磨機(jī)在球料比為10～20∶1，轉(zhuǎn)速為800-1200rps的條件下以汽油介質(zhì)或惰性氣體保護(hù)球磨5小時(shí)～20小時(shí)，使粉末均勻混合，并球磨成粒度小于10μm的復(fù)合粉體，其中Cr2O3、BaF2、CaF2的晶粒尺寸小于200nm；3)在上述復(fù)合粉體中加入復(fù)合粉體重量0.5～3％的聚乙烯醇作為粘結(jié)劑后再與水或酒精按2～10∶1的重量比混合制成漿料，將制成的漿料涂覆在需要耐高溫的磨擦接觸平面上或軸頸表面，形成涂層，然后在50～120℃的條件下將涂層烘干；5)對(duì)平面涂層采用冷壓法在500～1000Mpa條件下處理0.5～5分鐘，軸頸涂層采用冷等靜壓法在500～3000Mpa條件下處理0.5～5分鐘；6)最后將經(jīng)過冷壓或冷等靜壓的涂層在真空條件或在氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)下于800℃～1200℃燒結(jié)1～3小時(shí)即可。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫自潤滑涂層的制備方法，其特征在于首先將純度大于99.0％、顆粒尺寸為30μm～200μm的Ni、Cr、Cr2O3、BaF2、CaF2、Ag粉末按Ni40％，Cr15％，Cr2O320％，BaF210％，CaF25％，余量為Ag的物質(zhì)按重量比混合；將上述混合物采用高能球磨機(jī)在球料比為10∶1，轉(zhuǎn)速為1200rps的條件下以汽油介質(zhì)或惰性氣體保護(hù)球磨16小時(shí)，使粉末均勻混合，并球磨成粒度小于10μm的復(fù)合粉體，其中Cr2O3、BaF2、CaF2的晶粒尺寸小于200nm；在上述復(fù)合粉體中加入復(fù)合粉體重量3％的聚乙烯醇作為粘結(jié)劑后再與水或酒精按8∶1的重量比混合制成漿料，將制成的漿料涂覆在需要耐高溫的磨擦接觸平面上或軸頸表面，形成涂層，然后在50℃的條件下將涂層烘干；對(duì)平面涂層采用冷壓法在700Mpa條件下處理2.5分鐘，軸頸涂層采用冷等靜壓法在3000Mpa條件下處理0.5分鐘；最后將經(jīng)過冷壓或冷等靜壓的涂層在真空條件或在氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)下于800℃燒結(jié)3小時(shí)即可。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫自潤滑涂層的制備方法，其特征在于首先將純度大于99.0％、顆粒尺寸為30μm～200μm的Ni、Cr、Cr2O3、BaF2、CaF2、Ag粉末按Ni50％，Cr5％，Cr2O316％，BaF25％，CaF21％，余量為Ag的物質(zhì)按重量比混合；將上述混合物采用高能球磨機(jī)在球料比為16∶1，轉(zhuǎn)速為900rps的條件下以汽油介質(zhì)或惰性氣體保護(hù)球磨5小時(shí)，使粉末均勻混合，并球磨成粒度小于10μm的復(fù)合粉體，其中Cr2O3、BaF2、CaF2的晶粒尺寸小于200nm；在上述復(fù)合粉體中加入復(fù)合粉體重量0.5％的聚乙烯醇作為粘結(jié)劑后再與水或酒精按5∶1的重量比混合制成漿料，將制成的漿料涂覆在需要耐高溫的磨擦接觸平面上或軸頸表面，形成涂層，然后在80℃的條件下將涂層烘干；對(duì)平面涂層采用冷壓法在500Mpa條件下處理5分鐘，軸頸涂層采用冷等靜壓法在500Mpa條件下處理5分鐘；最后將經(jīng)過冷壓或冷等靜壓的涂層在真空條件或在氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)下于1200℃燒結(jié)1小時(shí)即可。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫自潤滑涂層的制備方法，其特征在于首先將純度大于99.0％、顆粒尺寸為30μm～200μm的Ni、Cr、Cr2O3、BaF2、CaF2、Ag粉末按Ni45％，Cr10％，Cr2O35％，BaF28％，CaF24％，余量為Ag的物質(zhì)按重量比混合；將上述混合物采用高能球磨機(jī)在球料比為12∶1，轉(zhuǎn)速為1100rps的條件下以汽油介質(zhì)或惰性氣體保護(hù)球磨20小時(shí)，使粉末均勻混合，并球磨成粒度小于10μm的復(fù)合粉體，其中Cr2O3、BaF2、CaF2的晶粒尺寸小于200nm；在上述復(fù)合粉體中加入復(fù)合粉體重量1.0％的聚乙烯醇作為粘結(jié)劑后再與水或酒精按2∶1的重量比混合制成漿料，將制成的漿料涂覆在需要耐高溫的磨擦接觸平面上或軸頸表面，形成涂層，然后在110℃的條件下將涂層烘干；對(duì)平面涂層采用冷壓法在1000Mpa條件下處理0.5分鐘，軸頸涂層采用冷等靜壓法在2800Mpa條件下處理1分鐘；最后將經(jīng)過冷壓或冷等靜壓的涂層在真空條件或在氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)下于1000℃燒結(jié)2小時(shí)即可。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫自潤滑涂層的制備方法，其特征在于首先將純度大于99.0％、顆粒尺寸為30μm～200μm的Ni、Cr、Cr2O3、BaF2、CaF2、Ag粉末按Ni48％，Cr13％，Cr2O310％，BaF29％，CaF23％，余量為Ag的物質(zhì)按重量比混合；將上述混合物采用高能球磨機(jī)在球料比為20∶1，轉(zhuǎn)速為800rps的條件下以汽油介質(zhì)或惰性氣體保護(hù)球磨8小時(shí)，使粉末均勻混合，并球磨成粒度小于10μm的復(fù)合粉體，其中Cr2O3、BaF2、CaF2的晶粒尺寸小于200nm；在上述復(fù)合粉體中加入復(fù)合粉體重量1.6％的聚乙烯醇作為粘結(jié)劑后再與水或酒精按10∶1的重量比混合制成漿料，將制成的漿料涂覆在需要耐高溫的磨擦接觸平面上或軸頸表面，形成涂層，然后在90℃的條件下將涂層烘干；對(duì)平面涂層采用冷壓法在800Mpa條件下處理2分鐘，軸頸涂層采用冷等靜壓法在1600Mpa條件下處理3分鐘；最后將經(jīng)過冷壓或冷等靜壓的涂層在真空條件或在氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)下于900℃燒結(jié)2.5小時(shí)即可。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫自潤滑涂層的制備方法，其特征在于首先將純度大于99.0％、顆粒尺寸為30μm～200μm的Ni、Cr、Cr2O3、BaF2、CaF2、Ag粉末按Ni42％，Cr9％，Cr2O312％，BaF26％，CaF22％，余量為Ag的物質(zhì)按重量比混合；將上述混合物采用高能球磨機(jī)在球料比為15∶1，轉(zhuǎn)速為1000rps的條件下以汽油介質(zhì)或惰性氣體保護(hù)球磨10小時(shí)，使粉末均勻混合，并球磨成粒度小于10μm的復(fù)合粉體，其中Cr2O3、BaF2、CaF2的晶粒尺寸小于200nm；在上述復(fù)合粉體中加入復(fù)合粉體重量2％的聚乙烯醇作為粘結(jié)劑后再與水或酒精按4∶1的重量比混合制成漿料，將制成的漿料涂覆在需要耐高溫的磨擦接觸平面上或軸頸表面，形成涂層，然后在120℃的條件下將涂層烘干；對(duì)平面涂層采用冷壓法在600Mpa條件下處理4分鐘，軸頸涂層采用冷等靜壓法在800Mpa條件下處理4分鐘；最后將經(jīng)過冷壓或冷等靜壓的涂層在真空條件或在氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)下于1100℃燒結(jié)1.5小時(shí)即可。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫自潤滑涂層的制備方法，其特征在于首先將純度大于99.0％、顆粒尺寸為30μm～200μm的Ni、Cr、Cr2O3、BaF2、CaF2、Ag粉末按Ni49％，Cr14％，Cr2O38％，BaF27％，CaF25％，余量為Ag的物質(zhì)按重量比混合；將上述混合物采用高能球磨機(jī)在球料比為18∶1，轉(zhuǎn)速為1050rps的條件下以汽油介質(zhì)或惰性氣體保護(hù)球磨12小時(shí)，使粉末均勻混合，并球磨成粒度小于10μm的復(fù)合粉體，其中Cr2O3、BaF2、CaF2的晶粒尺寸小于200nm；在上述復(fù)合粉體中加入復(fù)合粉體重量2.5％的聚乙烯醇作為粘結(jié)劑后再與水或酒精按9∶1的重量比混合制成漿料，將制成的漿料涂覆在需要耐高溫的磨擦接觸平面上或軸頸表面，形成涂層，然后在100℃的條件下將涂層烘干；對(duì)平面涂層采用冷壓法在900Mpa條件下處理1分鐘，軸頸涂層采用冷等靜壓法在2000Mpa條件下處理2分鐘；最后將經(jīng)過冷壓或冷等靜壓的涂層在真空條件或在氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)下于950℃燒結(jié)2小時(shí)即可。
全文摘要
一種高溫自潤滑涂層的制備方法，首先按重量比將Ni40％～50％，Cr5％～15％，Cr
文檔編號(hào)B05D5/08GK1727420SQ20051004291
公開日2006年2月1日 申請(qǐng)日期2005年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月11日
發(fā)明者丁春華, 楊志懋, 宋曉平, 丁秉鈞, 周敬恩 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)