、脈寬16Hz、速度300mm/min，單層預置粉末厚度0.3mm、加入3%氧化鋅進行熔覆、兩層熔覆，制備得到厚度0.2mm自潤滑中間層；制備自潤滑工作層成分4% CrU.5% YU.3% Ce,3% Ta、余量為C，磁控濺射電流為3A，鍍膜時間為400min，制得厚度4um自潤滑工作層。
[0052]涂層性能檢測結果，此摩擦副采用傳統工藝是在表面涂敷MoS2，使用過程中噪音較大，表面因干摩擦出現經常開裂，保養頻率增加，導致使用壽命較短；而采用本發明在基體表面制備自潤滑復合涂層后，噪音消除、失油潤滑壽命增加，防止了裂紋的產生，使用壽命較原來提尚了兩倍。
[0053]實施例4:某缸套材質為TC4鈦合金，表面噴涂鉬，失效形式為干摩擦導致的涂層開裂脫落。然而，采用本發明制備的自潤滑復合涂層后性能大幅得以提高。
[0054]制備方法如下:將85 %的混合物P、13 %的納米Cr粉和2 % Y2O3進行球磨混合，其中混合物P的組元成分質量比包括47%的氧化鋯、14%的氧化鋁、3%的氧化鈀、36%的Ni粉；混合后進行鋪粉于基體金屬表面，激光熔覆采用頻率16Hz、脈寬8ms、電流160A、速度150mm/min、光斑寬度1.3mm，鋪粉厚度1.5mm，三層熔覆，熔覆前預熱至90°C，熔覆后1s緩冷，制得厚度0.4mm熱障過渡層；制備自潤滑中間層成分94% NiCrSiB-401和6%碳纖維，采用等離子噴涂方法預置，噴涂電流為420A、電壓60V、送粉量0.6Kg/h、主氣氬氣的壓力3.0par、輔氣氫氣2.4par，激光熔覆電流150A、頻率6ms、脈寬16Hz、速度300mm/min，單層預置粉末厚度0.3mm、加入3%氧化鋅進行熔覆、三層熔覆，制備得到厚度0.3mm自潤滑中間層；制備自潤滑工作層成分6% Cr,0.2% YU.2% Ce,3% Ta、余量為C，磁控濺射電流為3A，鍍膜時間為360min，制得厚度4um自潤滑工作層。
[0055]涂層性能檢測結果，采用本發明在其基體表面制備自潤滑復合涂層以替代噴鉬層后，其失油潤滑壽命由原來的45分鐘提高至現在的2.5小時、振動能級下降3dB以上、重量減輕了 5%。
[0056]以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征及優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【主權項】
1.一種金屬基自潤滑復合涂層，其特征在于:包括自基體金屬表面起依次涂覆的熱障過渡層、自潤滑中間層和自潤滑工作層； 所述熱障過渡層的組元成分質量比為83 %?88 %的混合物P、10 %?15 %的納米Cr粉、2% Y2O3，所述混合物P的組元成分質量比包括45%?50%的氧化鋯、12%?20%的氧化鋁、2%?4%的氧化鈀、26%?41%的Ni粉； 所述自潤滑中間層的組元成分質量比包括91 %?98 %的NiCrSiB-401、2 %?9 %的碳纖維； 所述自潤滑工作層的組元成分質量比包括2 %?8 %的Cr、0.2 %?5 %的Y、0.3 %?5%的Ce、0.2%?6%的Ta、余量為C。
2.根據權利要求1所述的一種金屬基自潤滑復合涂層，其特征在于:所述基體金屬為30CrMnSiA時，所述熱障過渡層的組元成分質量比為85%的混合物P、13%的納米Cr粉、2 % Y2O3,所述混合物P的組元成分質量比包括50 %的氧化鋯、20 %的氧化鋁、4 %的氧化鈀、26%的Ni粉； 所述自潤滑中間層的組元成分質量比包括95%的NiCrSiB-401、5%的碳纖維； 所述自潤滑工作層的組元成分質量比包括5 %的Cr、3 %的Y、2 %的Ce、3 %的Ta、余量為C。
3.根據權利要求1所述的一種金屬基自潤滑復合涂層，其特征在于:所述基體金屬為銅合金時，所述熱障過渡層的組元成分質量比為83%的混合物P、15%的納米Cr粉、2%Y2O3，所述混合物P的組元成分質量比包括45%的氧化鋯、20%的氧化鋁、4%的氧化鈀、31%的Ni粉； 所述自潤滑中間層的組元成分質量比包括98%的NiCrSiB-401、2%的碳纖維； 所述自潤滑工作層的組元成分質量比包括4 %的Cr、2 %的Y、3 %的Ce、3 %的Ta、余量為C。
4.根據權利要求1所述的一種金屬基自潤滑復合涂層，其特征在于:所述基體金屬為鋁合金時，所述熱障過渡層的組元成分質量比為88%的混合物P、10%的納米Cr粉、2%Y2O3，所述混合物P的組元成分質量比包括46%的氧化鋯、16%的氧化鋁、4%的氧化鈀、34%的Ni粉； 所述自潤滑中間層的組元成分質量比包括91 %的NiCrSiB-401,9%的碳纖維； 所述自潤滑工作層的組元成分質量比包括4%的Cr、l.5%的Y、1.3%的Ce、3%的Ta、余星為C。
5.根據權利要求1所述的一種金屬基自潤滑復合涂層，其特征在于:所述基體金屬為TC4鈦合金時，所述熱障過渡層的組元成分質量比為85%的混合物P、13%的納米Cr粉、2 % Y2O3,所述混合物P的組元成分質量比包括47 %的氧化鋯、14 %的氧化鋁、3 %的氧化鈀、36%的Ni粉； 所述自潤滑中間層的組元成分質量比包括94%的NiCrSiB-401、6%的碳纖維； 所述自潤滑工作層的組元成分質量比包括6%的Cr、0.2%的Y、l.2%的Ce、3%的Ta、余星為C。
6.根據權利要求1所述的一種金屬基自潤滑復合涂層，其特征在于:所述熱障過渡層的厚度為0.1?0.3mm，所述自潤滑中間層的厚度為0.2?0.6mm，所述自潤滑工作層的厚度為3?5um。
7.根據權利要求1所述的一種金屬基自潤滑復合涂層，其特征在于:所述基體金屬包括純金屬和合金。
8.根據權利要求1所述的一種金屬基自潤滑復合涂層的制備方法，其特征在于，依次包括以下制備步驟: 步驟1:將混合物P與納米Cr粉及Y2O3采用球磨混合，混合后進行鋪粉于基體金屬表面，采用激光熔覆方法制備熱障過渡層，熔覆前預熱至90°C?100°C，熔覆后1s緩冷，完成后磨削加工； 步驟2:將NiCrSiB-401和碳纖維進行球磨混合，采用等離子噴涂方法進行預置，預置后加入3%氧化鋅，再采用激光熔覆方法制備自潤滑中間層，完成后磨削加工； 步驟3:將Cr、Y、Ce、Ta和C進行球磨混合，利用磁控濺射靶材鑲嵌法的多元復合靶技術進行磁控濺射而制備自潤滑工作層。
9.根據權利要求8所述的一種金屬基自潤滑復合涂層的制備方法，其特征在于:還包括位于步驟2和步驟3之間對激光熔覆后的自潤滑中間層進行的前處理步驟； 所述前處理步驟為:先進行車削加工、去掉表面毛刺，然后依次用600#、800#、1000#和水砂紙進行打磨，在打磨完成后用去離子水于超聲波容器中清洗lOmin，再使用丙酮溶液擦拭清洗，以及用酒精脫水干燥。
10.根據權利要求8所述的一種金屬基自潤滑復合涂層的制備方法，其特征在于:所述步驟I中采用激光熔覆方法制備熱障過渡層所用激光熔覆參數為:頻率14?18Hz、脈寬5?8ms、電流140?170A、速度150mm/min、光斑寬度0.8?1.5mm ； 所述步驟2中采用等離子噴涂方法進行預置所用預置參數為:噴涂電流360?450A、電壓60V、送粉量0.6?0.9Kg/h、主氣氬氣的壓力3.0par、輔氣氫氣的壓力2.4par ； 所述步驟2中采用激光熔覆方法制備自潤滑中間層所用激光熔覆參數為:頻率14?18Hz、脈寬6?10ms、電流130?160A、速度300?600mm/min、光斑寬度0.8?1.5mm ; 所述步驟3中制備自潤滑工作層所用參數為:磁控濺射電流3?7A，時間210?420mino
【專利摘要】本發明公開了一種金屬基自潤滑復合涂層，包括自基體金屬表面起依次涂覆的熱障過渡層、自潤滑中間層和自潤滑工作層；熱障過渡層的組元成分質量比為83％～88％的混合物P、10％～15％的納米Cr粉、2％Y2O3，混合物P的組元成分質量比包括45％～50％的氧化鋯、12％～20％的氧化鋁、2％～4％的氧化鈀、26％～41％的Ni粉；自潤滑中間層的組元成分質量比包括91％～98％的NiCrSiB-401、2％～9％的碳纖維；自潤滑工作層的組元成分質量比包括2％～8％的Cr、0.2％～5％的Y、0.3％～5％的Ce、0.2％～6％的Ta、余量為C。具有熱障性能、自潤滑性能、減摩降噪性能高等優點。
【IPC分類】C23C14-35, C23C24-10, C23C14-06, C23C4-10
【公開號】CN104746071
【申請號】CN201510186295
【發明人】吳夢陵, 王辛, 張瓏, 王鑫, 劉飛
【申請人】南京工程學院
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年4月17日