【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及金屬表面耐磨功能改性，尤其涉及一種金屬表面減摩耐磨耦合層及制備方法。
技術介紹
1、目前，在金屬表面耐磨功能改性領域常用的方法有金屬表面涂層處理、金屬表面合金化處理、金屬表面結構設計等技術。
2、金屬表面涂層處理一般是在金屬表面涂覆較為穩定的有機高分子材料或無機潤滑材料，如環氧樹脂、二硫化鉬等。該種技術方便快捷，可以在金屬表面快速形成防護墊層，避免外界的沖切摩擦對金屬基體造成磨損。但由于有機高分子材料普遍存在較多的羥基或羰基等活性基團，在使用過程中涂層容易發生老化，且在復雜的磨損過程中，極易從金屬表面脫落，最終導致防護失效。無機潤滑材料的片層滑移作用雖然可以有效降低摩擦系數，但其往往需要達到一定的厚度才能發揮穩定減摩效果，在劇烈震蕩工況下，其難以在金屬基材表面穩定長期存在。
3、金屬表面合金化處理是指利用激光表面合金化、脈沖激光沉積、磁控濺射等技術在金屬表面熔覆或沉積一層合金化元素，對金屬表面起到防護效果。該技術形成的合金化涂層與金屬基材的結合力相對較好，對金屬防護效果理想。但金屬表面合金化處理所需要的條件較為嚴苛，部分技術需要在特定的惰性氣體環境、壓強下進行操作，對設備以及操作人員要求較高，效率受限，操作成本較高。此外，僅在金屬表面形成一層微米級的合金化層難以對金屬鈾起到有效的減摩效果，在長期的磨損工況下，合金化層極易被磨損破壞。
4、金屬表面結構設計是利用脈沖激光、超聲輥壓或熱處理等技術在金屬表面設計一定的微結構或通過晶粒細化達到相變強化的目的。該設計巧妙利用微織構減摩機理或
5、附加值較高的精密金屬器件的表面耐磨性將極大影響其在工程應用中的可靠性，例如航天航空中的精密軸承、醫用領域的人造關節、骨骼或核工業領域中的鈾材料。其中，金屬鈾因其獨特的核性能被廣泛應用在核工業等領域。但由于使用環境的復雜多樣性，其在使役過程中極易發生氧化腐蝕及摩擦磨損等問題，導致其表面結構發生損害，嚴重時將威脅其應用可靠性。構建表面鈍化層可有效減弱金屬的氧化腐蝕，然而在使役過程中，鈍化層易被摩擦磨損破壞而失效。基于此，開發減摩耐磨功能層將極大提高金屬鈾應用的可靠性。
技術實現思路
1、本專利技術旨在解決金屬在使役過程中極易發生氧化腐蝕及摩擦磨損等問題，提供一種金屬表面減摩耐磨耦合層及制備方法。
2、為了實現上述技術目的，本專利技術提供的技術方案為：
3、一種金屬表面減摩耐磨耦合層的制備方法，包括如下步驟：
4、步驟1：利用激光在金屬表面構建氮化層；
5、步驟2：在步驟1氮化層表面構建呈陣列排布的凹槽微織構；
6、步驟3：在步驟2凹槽微織構的表面構建片層潤滑層得到金屬表面片層潤滑/微織構/氮化耦合層。
7、進一步的，步驟1中，具體步驟包括：在氮氣氛圍下，利用激光器在鈾表面構建氮化層。
8、進一步的，所述氮氣氛圍為1～3個大氣壓，激光器輸出功率10～60w，掃描速度50～100mm/s，掃描步長0.3～1.0mm。
9、進一步的，步驟2中，具體步驟包括：利用打標機，通過調控激光束效率、頻率、掃描速度、路徑在金屬表面構建凹槽微織構。
10、進一步的，激光束效率10％～30％、頻率15～40khz、掃描速度500～15000mm/s。
11、進一步的，所述凹槽直徑為100～150μm，深度為0.2～1.0μm。
12、進一步的，所述片層潤滑層采用固體潤滑劑，固體潤滑劑為二硫化鉬、二硫化鎢、石墨烯中任一種。
13、進一步的，所述固體潤滑劑粉末均勻涂覆在鈾基材表面，涂覆量為0.01～0.05g/cm2。
14、本專利技術還提供一種金屬表面減摩耐磨耦合層，采用上述方法制備得到。
15、本專利技術具有如下有益效果：
16、1、針對金屬表面涂層處理及金屬表面結構設計較難賦予金屬基材化學惰性，在磨損過程中容易發生腐蝕磨損的問題，本專利技術制備的耦合層具備良好的耐磨耐蝕性，原因是所制備耦合層底層為氮化層，具有較高的硬度，因此可有效保護微織構，此外，氮化層化學性質穩定，在大氣環境中具有極強的耐蝕性能。
17、2、針對金屬表面合金化技術和表面結構設計給予基體的減摩性能有限，在使用過程中，極易被磨損失效，進而加速鈾基材腐蝕磨損的問題，本專利技術制備的耦合層具備極佳的減摩性，原因是所制備的耦合層中表面的固體潤滑材料可以有效降低摩擦系數，因此可以減輕沖切摩擦損害，提高基材的抗摩擦磨損性能。
18、3、針對金屬表面涂層處理制備的減摩耐磨防護層難以穩定存在于鈾基材表面，且容易劣化鈾基材物化性能；金屬表面結構設計難以賦予表面極低的摩擦系數，且提升硬度值有限；金屬表面合金化技術提供的減摩性能有限的問題，本專利技術制備的耦合層的減摩耐磨性能穩定，所制備的耦合層表面的固體潤滑材料大量儲存在表面微織構中，在摩擦磨損過程中，可以不斷從微織構凹槽中不斷補充在摩擦副間，此外，較硬的氮化層還可以有效保護微織構，因此，耦合層具備穩定的減摩耐磨性。
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1.一種金屬表面減摩耐磨耦合層的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述一種金屬表面減摩耐磨耦合層的制備方法，其特征在于，步驟1中，具體步驟包括：在氮氣氛圍下，利用激光器在金屬表面構建氮化層。
3.根據權利要求2所述一種金屬表面減摩耐磨耦合層的制備方法，其特征在于，所述氮氣氛圍為1～3個大氣壓，激光器輸出功率10～60W，掃描速度50～100mm/s，掃描步長0.3～1.0mm。
4.根據權利要求1所述一種金屬表面減摩耐磨耦合層的制備方法，其特征在于，步驟2中，具體步驟包括：利用打標機，通過調控激光束效率、頻率、掃描速度、路徑在金屬表面構建凹槽微織構。
5.根據權利要求4所述一種特殊表面減摩耐磨耦合層的制備方法，其特征在于，激光束效率10％～30％、頻率15～40kHz、掃描速度500～15000mm/s。
6.根據權利要求4所述一種金屬表面減摩耐磨耦合層的制備方法，其特征在于，所述凹槽直徑為100～150μm，深度為0.2～1.0μm。
7.根據權利要求1所述一種金屬表面減摩耐磨耦合層的
8.根據權利要求7所述一種金屬表面減摩耐磨耦合層的制備方法，其特征在于，所述固體潤滑劑粉末均勻涂覆在金屬基材表面，涂覆量為0.01～0.05g/cm2。
9.一種金屬表面減摩耐磨耦合層，其特征在于，采用如權利要求1-8任一所述一種方法制備得到。
...【技術特征摘要】
1.一種金屬表面減摩耐磨耦合層的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述一種金屬表面減摩耐磨耦合層的制備方法，其特征在于，步驟1中，具體步驟包括：在氮氣氛圍下，利用激光器在金屬表面構建氮化層。
3.根據權利要求2所述一種金屬表面減摩耐磨耦合層的制備方法，其特征在于，所述氮氣氛圍為1～3個大氣壓，激光器輸出功率10～60w，掃描速度50～100mm/s，掃描步長0.3～1.0mm。
4.根據權利要求1所述一種金屬表面減摩耐磨耦合層的制備方法，其特征在于，步驟2中，具體步驟包括：利用打標機，通過調控激光束效率、頻率、掃描速度、路徑在金屬表面構建凹槽微織構。
5.根據權利要求4所述一種特殊表面減摩耐磨耦合層的制備...
【專利技術屬性】
技術研發人員：葉展鵬，張永彬，胡殷，楊瑞龍，白彬，王燁，周師田，王曉方，
申請(專利權)人：中國工程物理研究院材料研究所，
類型：發明
國別省市：
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