【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種具有復(fù)合界面結(jié)構(gòu)的42crmo基自潤滑材料及其制備方法。其中，復(fù)合界面結(jié)構(gòu)由ws2軟涂層以及填充潤滑劑sn-cu-zn和增強(qiáng)相tib2的表面織構(gòu)組成。
技術(shù)介紹
1、摩擦消耗了世界上一次能源的1/3-1/2，磨損引起了大約80％的機(jī)械裝備零部件失效，約50％以上的裝備嚴(yán)重事故源于潤滑失效和過度磨損。由于冶金、能源及航空等領(lǐng)域高端裝備的快速發(fā)展，其軸承、滑塊等摩擦部件常處于寬溫域、高負(fù)載等復(fù)雜工況下。近年來，表面織構(gòu)技術(shù)有效促進(jìn)了織構(gòu)摩擦學(xué)的蓬勃發(fā)展。通過將摩擦表面織構(gòu)化與固體自潤滑技術(shù)復(fù)合處理，織構(gòu)作為固體潤滑劑的存儲器，為摩擦副提供“二次潤滑補(bǔ)給”作用；同時(shí)織構(gòu)自身具有減摩作用，可以起到“1+1＞2”的協(xié)同減摩作用，從而改善基底材料的摩擦學(xué)性能，這種方法已得到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛認(rèn)可。
2、但是針對表面織構(gòu)填充固體潤滑相的設(shè)計(jì)方法，由于不同高端裝備的工況復(fù)雜多變，且固體潤滑相在摩擦表面的成膜行為具有隨機(jī)性，使得傳統(tǒng)摩擦界面在寬溫域、高負(fù)載等復(fù)雜工況下仍存在以下問題：(1)填充潤滑相的表面織構(gòu)缺少結(jié)構(gòu)尺寸與位置分布的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，使得摩擦界面潤滑性能與承載力難協(xié)調(diào)；(2)復(fù)雜工況下摩擦界面潤滑層覆蓋程度不充分，使得摩擦界面潤滑性能不穩(wěn)定。因而，為滿足寬溫域、高負(fù)載等復(fù)雜工況下機(jī)械裝備摩擦部件具備優(yōu)良減摩耐磨性能的應(yīng)用需求，開發(fā)一種摩擦界面潤滑性能與承載能力兼顧，且潤滑層覆蓋充分、潤滑性能穩(wěn)定的新型摩擦界面結(jié)構(gòu)，是固體自潤滑材料領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路p>
1、本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種具有表面織構(gòu)軟涂層復(fù)合界面結(jié)構(gòu)的42crmo基自潤滑材料及其制備方法，將表面織構(gòu)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與軟金屬潤滑劑-潤滑涂層復(fù)合引入到自潤滑材料的界面構(gòu)建中，在保證界面承載能力的同時(shí)提升潤滑性能，所制備的42crmo基自潤滑材料具有穩(wěn)定優(yōu)良的減摩耐磨性能，有效提高了42crmo鋼材料的摩擦學(xué)性能。
2、本專利技術(shù)為解決上述提出的問題所采用的技術(shù)方案為：
3、一種具有表面織構(gòu)軟涂層復(fù)合界面結(jié)構(gòu)的42crmo基自潤滑材料，其以42crmo鋼為基底材料，在基底材料表面沉積ws2軟質(zhì)涂層，且所述ws2軟質(zhì)涂層的表面加工有復(fù)合織構(gòu)；所述復(fù)合織構(gòu)由多個(gè)呈蜂窩狀排布的六邊形單元組成，任意相鄰的六邊形單元之間均設(shè)有溝槽，且每個(gè)六邊形單元中部均設(shè)有正多邊形凹槽；在復(fù)合織構(gòu)的溝槽和正多邊形凹槽中均填充潤滑劑sn-cu-zn和增強(qiáng)相tib2。
4、進(jìn)一步地，復(fù)合織構(gòu)的溝槽深度和凹槽深度均大于ws2軟質(zhì)涂層的厚度。
5、進(jìn)一步地，每個(gè)六邊形單元為正六邊形，邊長為1.5～2mm；溝槽的寬度為300～400μm，溝槽的深度為100～200μm；每個(gè)正六邊形單元的中部均設(shè)有一個(gè)正多邊形凹槽，正多邊形凹槽與正六邊形單元的幾何中心重合；正多邊形凹槽的邊長為0.6～0.8mm，深度100～200μm。
6、進(jìn)一步地，正多邊形凹槽優(yōu)選為正六邊形凹槽。
7、進(jìn)一步地，所述ws2軟質(zhì)涂層的厚度為50～80μm。
8、本專利技術(shù)還提供一種上述具有表面織構(gòu)軟涂層復(fù)合界面結(jié)構(gòu)的42crmo基自潤滑材料的制備方法，主要步驟如下：
9、1)以磁控濺射沉積工藝在基體42crmo鋼表面制備厚度為50～80μmws2軟質(zhì)涂層；
10、2)采用激光打標(biāo)工藝在ws2軟質(zhì)涂層表面制備復(fù)合織構(gòu)；所述復(fù)合織構(gòu)由多個(gè)呈蜂窩狀排布的六邊形單元組成，任意相鄰的六邊形單元之間均設(shè)有溝槽，且每個(gè)六邊形單元中部均設(shè)有正多邊形凹槽；
11、3)通過高溫熔滲工藝將含潤滑劑sn-cu-zn和增強(qiáng)相tib2的球形粉末熔滲并填充在復(fù)合織構(gòu)的溝槽和正六邊形凹槽內(nèi)，從而形成所述的具有表面織構(gòu)軟涂層復(fù)合界面結(jié)構(gòu)的42crmo基自潤滑材料。
12、優(yōu)選地，步驟1)中，42crmo鋼基體先進(jìn)行噴砂處理，然后充分清洗干燥后，在真空條件下采用磁控濺射沉積ws2軟質(zhì)涂層。其中，噴砂處理所用金剛砂的粒度為120～140目，清洗一般采用酒精超聲波清洗。
13、按上述方案，步驟1)中，磁控濺射沉積的主要工藝參數(shù)為：真空度不超過0.01pa，基體的加熱溫度為280～320℃，保溫時(shí)間為25～35min，氬氣壓強(qiáng)為0.8～1.2pa，基體偏壓為-50～-70v，濺射功率為40～50w。
14、優(yōu)選地，步驟2)中，每個(gè)六邊形單元為大正六邊形，邊長為1.5～2mm；溝槽的寬度為300～400μm，溝槽的深度為100～200μm；每個(gè)大正六邊形單元的中部均設(shè)有一個(gè)小正六邊形凹槽，大小兩種正六邊形的幾何中心重合；小正六邊形凹槽的邊長為0.6～0.8mm，小正六邊形凹槽的深度100～200μm。
15、按上述方案，步驟2)中，激光打標(biāo)的主要工藝參數(shù)為：激光功率為20～50w、打標(biāo)頻率為20～40khz、打標(biāo)速度為200～800mm/s。
16、按上述方案，步驟3)中，所述球形粉末由潤滑劑sn-cu-zn和增強(qiáng)相tib2按質(zhì)量比1:(0.015～0.02)組成，其粒徑為13～25μm；潤滑劑sn-cu-zn為錫銅鋅合金，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)由sn?70～75份、cu?10～20份和zn?10～15份組成。
17、按上述方案，步驟3)中，高溫熔滲的主要工藝參數(shù)為：熔滲溫度為350～400℃，真空度小于0.01pa，保溫時(shí)間為20～30min。
18、按上述方案中，所述的含潤滑劑sn-cu-zn和增強(qiáng)相tib2的球形粉末采用旋轉(zhuǎn)盤離心霧化技術(shù)制得，其制備方法主要包括如下步驟：
19、(1)按質(zhì)量份數(shù)計(jì)，選取sn粉70～75份、cu粉10～20份和zn粉10～15份，再按照sn粉、cu粉和zn粉總質(zhì)量的1.5～2wt.％選取tib2粉末，然后采用振動混料將這四種粉末充分混合，得到混合料；其中，振動頻率為45～55hz，振動力為10000～12000n，振蕩時(shí)間為30～40min；
20、(2)將步驟(1)所得混合料在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行熔化，得到熔融合金液；其中，熔化溫度為400～450℃；
21、(3)啟動霧化轉(zhuǎn)盤，待霧化器運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，打開放液閥將熔融合金液放入霧化轉(zhuǎn)盤上，使轉(zhuǎn)盤處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，得到霧化的熔滴；霧化的熔滴經(jīng)冷卻后凝固形成球形粉末，收集于接收罐，待球形粉末充分冷卻至室溫后按粒徑要求13～25μm進(jìn)行篩分，即為含潤滑劑sn-cu-zn和增強(qiáng)相tib2的球形粉末。其中，旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為26000～30000r/min，熔融合金液流量1.0～1.2kg/min；
22、本專利技術(shù)所得具有表面織構(gòu)軟涂層復(fù)合界面結(jié)構(gòu)的42crmo基自潤滑材料經(jīng)摩擦實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明其在摩擦磨損過程中體現(xiàn)出優(yōu)良的摩擦學(xué)性能，摩擦系數(shù)較小，平均值約0.16～0.19，磨損率為2.9×10-5～3.2×10-5mm3/(nm)。
23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果是：
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【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種具有表面織構(gòu)軟涂層復(fù)合界面結(jié)構(gòu)的42CrMo基自潤滑材料，其特征在于它以42CrMo鋼為基底材料，在基底材料表面沉積WS2軟質(zhì)涂層，且所述WS2軟質(zhì)涂層的表面加工有復(fù)合織構(gòu)；所述復(fù)合織構(gòu)由多個(gè)呈蜂窩狀排布的六邊形單元組成，任意相鄰的六邊形單元之間均設(shè)有溝槽，且每個(gè)六邊形單元中部均設(shè)有正多邊形凹槽；在復(fù)合織構(gòu)的溝槽和正多邊形凹槽中均填充潤滑劑Sn-Cu-Zn和增強(qiáng)相TiB2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有表面織構(gòu)軟涂層復(fù)合界面結(jié)構(gòu)的42CrMo基自潤滑材料，其特征在于，復(fù)合織構(gòu)的溝槽深度和正多邊形凹槽深度均大于WS2軟質(zhì)涂層的厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有表面織構(gòu)軟涂層復(fù)合界面結(jié)構(gòu)的42CrMo基自潤滑材料，其特征在于，每個(gè)六邊形單元為正六邊形，邊長為1.5～2mm；溝槽的寬度為300～400μm，溝槽的深度為100～200μm；每個(gè)正六邊形單元的中部均設(shè)有一個(gè)正多邊形凹槽，正多邊形凹槽與正六邊形單元的幾何中心重合；正多邊形凹槽的邊長為0.6～0.8mm，正多邊形凹槽的深度100～200μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具
5.權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的42CrMo基自潤滑材料的制備方法，其特征在于，主要步驟如下：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，磁控濺射沉積的主要工藝參數(shù)為：真空度不超過0.01Pa，基體的加熱溫度為280～320℃，保溫時(shí)間為25～35min，氬氣壓強(qiáng)為0.8～1.2Pa，基體偏壓為-50～-70V，濺射功率為40～50W。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，激光打標(biāo)的主要工藝參數(shù)為：激光功率為20～50W、打標(biāo)頻率為20～40kHz、打標(biāo)速度為200～800mm/s。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述球形粉末由潤滑劑Sn-Cu-Zn和增強(qiáng)相TiB2按質(zhì)量比1:(0.015～0.02)組成，其粒徑為13～25μm；潤滑劑Sn-Cu-Zn為錫銅鋅合金，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)由Sn?70～75份、Cu?10～20份和Zn?10～15份組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，高溫熔滲的主要工藝參數(shù)為：熔滲溫度為350～400℃，真空度小于0.01Pa，保溫時(shí)間為20～30min。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種具有表面織構(gòu)軟涂層復(fù)合界面結(jié)構(gòu)的42crmo基自潤滑材料，其特征在于它以42crmo鋼為基底材料，在基底材料表面沉積ws2軟質(zhì)涂層，且所述ws2軟質(zhì)涂層的表面加工有復(fù)合織構(gòu)；所述復(fù)合織構(gòu)由多個(gè)呈蜂窩狀排布的六邊形單元組成，任意相鄰的六邊形單元之間均設(shè)有溝槽，且每個(gè)六邊形單元中部均設(shè)有正多邊形凹槽；在復(fù)合織構(gòu)的溝槽和正多邊形凹槽中均填充潤滑劑sn-cu-zn和增強(qiáng)相tib2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有表面織構(gòu)軟涂層復(fù)合界面結(jié)構(gòu)的42crmo基自潤滑材料，其特征在于，復(fù)合織構(gòu)的溝槽深度和正多邊形凹槽深度均大于ws2軟質(zhì)涂層的厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有表面織構(gòu)軟涂層復(fù)合界面結(jié)構(gòu)的42crmo基自潤滑材料，其特征在于，每個(gè)六邊形單元為正六邊形，邊長為1.5～2mm；溝槽的寬度為300～400μm，溝槽的深度為100～200μm；每個(gè)正六邊形單元的中部均設(shè)有一個(gè)正多邊形凹槽，正多邊形凹槽與正六邊形單元的幾何中心重合；正多邊形凹槽的邊長為0.6～0.8mm，正多邊形凹槽的深度100～200μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有表面織構(gòu)軟涂層復(fù)合界面結(jié)構(gòu)的42crmo基自潤滑材料，其特征在于，w...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃玉春，張紅松，馬海舒，路博涵，毛亞洲，
申請(專利權(quán))人：河南工程學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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