一种减摩耐磨涂料组合物

摘要

本发明涉及一种减摩耐磨涂料组合物，由碳化钛粉末、镍包氟化钙粉末、镍包石墨粉末、氧化钇粉末和镍基合金粉末组成的粉状混合物，各组分重量配比依次为：23～25、13～15、8～10、1、50～55，其中的镍基合金中各元素的质量组成为：C 0.8、Cr 15.5、Si 4、B 3.5、Fe 15和Ni 61.2。该减摩耐磨涂料组合物可通过等离子喷涂方式熔敷于构件的摩擦副表面形成自润滑涂层，可大幅度降低摩擦系数，提高构件摩擦副的耐磨损性能，解决了暴露在恶劣环境中作业的干摩擦高接触应力机械设备的减摩、耐磨问题，降低了机械的摩擦能耗。

权利要求

1.一种减摩耐磨涂料组合物，其特征是由碳化钛粉末 、镍包氟化钙粉末、镍包石墨粉末、氧化钇粉末和镍基合金粉末组成的粉状混合物，各组分按以下重量份配比：碳化钛粉末 23～25，镍包氟化钙粉末 13～15，

镍包石墨粉末 8～10，

氧化钇粉末 1，

镍基合金粉末 50～55；

其中，碳化钛粉末粒度为2μm～4μm，镍包氟化钙粉末粒度为75μm～128μm，镍包石墨粉末粒度为75μm～128μm，氧化钇粉末粒度为15μm～45μm，镍基合金粉末粒度

55μm～128μm；

所述镍基合金中各元素的质量百分比为：

C 0.8、Cr 15.5、Si 4、B 3.5、Fe 15和Ni 61.2。

2.一种摩擦构件自润滑涂层，其特征是由权利要求1所述的减摩耐磨涂料组合物采用等离子喷涂熔敷于摩擦构件的摩擦副表面而成。

3. 根据权利要求2所述的摩擦构件自润滑涂层，其特征是在用减摩耐磨涂料组合物进行等离子喷涂之前，先用金刚砂对钢质摩擦构件的摩擦副表面进行喷砂处理，喷砂后表面粗糙度Ra=3.5μm～4.5μm。

4．根据权利要求2或3所述的摩擦构件自润滑涂层，其特征是所述自润滑涂层厚度为

350μm～450μm。

说明书

一种减摩耐磨涂料组合物

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于摩擦构件表面自润滑涂层的涂料组合物，特别是一种具有低摩擦系数、高耐磨性能的减摩耐磨涂料组合物。

背景技术

[0002] 许多大型机械设备，例如制式钢质桥梁平推式架设机构的滚轮与导轨、销齿轮副，履带式车辆行驶机构的履带与支撑轮、导向轮、驱动轮，挖掘机的回转机构的齿圈与齿轮，球磨机的传动机构、起重机的回转机构、冶金工业加热炉用台车拖曳机构等金属摩擦副构件，其施工现场往往粉尘弥漫，设备包含的摩擦构件需暴露在恶劣环境中，在高接触应力、干摩擦工况条件下工作，无法利用液体润滑油或润滑油脂，使得摩擦副的摩擦系数很大，导致严重的摩擦能耗和摩擦构件的快速磨损，从而降低了摩擦副的传动效率和使用寿命，乃至影响了整机的使用寿命和安全可靠性。为此，近年来，研究人员旨在开发能在摩擦构件工作面上形成自润滑涂层的涂料，用以改善高接触应力、干摩擦、暴露于粉尘弥漫的恶劣工作环境中作业的摩擦构件的摩擦性能。目前已有一些研究成果，例如，申请号CN00113623.2的专利公开了一种成分比为Co∶WC＝15～25％∶85～75％的钴/碳化钨粉耐磨复合涂层，采用等离子喷涂方法制备，该涂层可提高钢表面的耐磨性，但这种耐磨涂层摩擦系数较高。申请号CN200510050611.8的专利公开了一种自润滑多层复合涂层及其制备方法（MoS2粉末、纯S粉和金属Mo片为基本原料，采用磁控溅射和多弧离子镀反复交叉溅射沉积金属Mo层与IF-MoS2层而制成。），其制造方法工艺设备复杂昂贵，其自润滑涂层对摩擦副环境要求高，且在高接触应力条件下失效快，难以满足苛刻环境条件下减摩耐磨的要求。即这些涂层不能同时达到高耐磨损性能和低摩擦系数这两个要求。此外，采用激光熔覆技术制备复合材料表面涂层的研究也有相关报道，但是激光熔覆技术成本较高，且需要密闭容器，而密闭容器容积有限，无法对一些结构复杂或体积较大的构件进行处理。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种减摩耐磨涂料组合物，其可采用热喷涂方式熔敷在摩擦构件表面，形成具有高减摩、高耐磨性能的自润滑涂层，不但大幅度降低摩擦系数，并显著提高其耐磨损性能，从而解决在粉尘弥漫环境中工作的高接触应力、干摩擦条件下作业的机械摩擦构件的摩擦磨损问题。

[0004] 本发明涂料组合物是由碳化钛粉末 、镍包氟化钙粉末、镍包石墨粉末、氧化钇粉末和镍基合金粉末组成的粉状混合物，各组分按以下重量份配比：

[0005] 碳化钛粉末 23～25，

[0006] 镍包氟化钙粉末 13～15，

[0007] 镍包石墨粉末 8～10，

[0008] 氧化钇粉末 1，

[0009] 镍基合金粉末 50～55；

[0010] 所述镍基合金中各元素的质量组成为：

[0011] C 0.8、Cr 15.5、Si 4、B 3.5、Fe 15和Ni 61.2。

[0012] 所述碳化钛粉末粒度为2μm～4μm。

[0013] 所述镍包氟化钙粉末粒度为75μm～128μm。

[0014] 所述镍包石墨粉末粒度为75μm～128μm。

[0015] 所述氧化钇粉末粒度为15μm～45μm。

[0016] 所述镍基合金粉末粒度55μm～128μm。

[0017] 摩擦构件自润滑涂层，由上述减摩耐磨涂料组合物采用等离子喷涂熔敷于摩擦构件的摩擦副表面而成。

[0018] 在用减摩耐磨涂料组合物进行等离子喷涂之前，先用金刚砂对钢质摩擦构件的摩擦副表面进行喷砂处理，喷砂后表面粗糙度Ra=3.5μm～4.5μm。

[0019] 所述自润滑涂层厚度为350μm～450μm。

[0020] 本涂料组合物采用镍包覆的复相固体润滑粉末与碳化钛粉末、稀土氧化钇粉末和镍基合金粉末混合制成复配粉末材料，利用等离子喷涂技术将其熔敷于摩擦构件表面，在摩擦副表面形成自润滑涂层，涂层的高减摩擦系数低，耐磨性能高，适用于某些必须暴露在恶劣环境中作业的机械设备的摩擦构件，特别是无法用润滑油或润滑油脂实施润滑的干摩擦高接触应力条件下工作的金属摩擦副构件，解决了在这些苛刻摩擦条件下工作的摩擦构件，的减摩和耐磨问题，从而提高摩擦构件的使用寿命，降低其在运转过程中的摩擦能耗，达到节能降耗的目的。本涂料组合物可直接在摩擦构件的制造过程中使用，也可以摩擦构件的修复过程中使用，从而大幅度降低摩擦系数和提高摩擦副构件的耐磨损性能，降低其在运转过程中的摩擦能耗，显著提高摩擦副的传动效率和使用寿命，达到节能降耗的目的。

附图说明

[0021] 图1是本涂料组合物涂层与基体的界面结构镜检（SEM照片）图。

[0022] 图2是摩擦系数试验曲线图

[0023] 图3是磨损失重试验曲线图

[0024] 图4是对摩偶件（GCr15）的磨损失重曲线图。

具体实施方式

[0025] 实施例1 减摩耐磨涂料组合物的制备

[0026] 材料的准备：

[0027] （1）碳化钛（TiC）粉末，粒度2μm～4μm，市售，株洲江钨博大硬面材料有限公司生产。TiC含量99.52%，余量为游离C、O、N、Fe、Al，Na等杂质。

[0028] （2）镍包氟化钙（CaF2-Ni）粉末：北京圣博高泰光学科技有限公司生产，由粒度为35μm～37μm 的CaF2用羟基镍分解法进行镍包覆处理，产品镍包氟化钙粉末粒度为75μm～128μm。

[0029] （3）镍包石墨（石墨-Ni）粉末：市售，上海一帆石墨有限公司生产，由粒度为3μm～5μm的石墨粉用羟基镍分解法进行镍包覆处理，产品镍包石墨粉末粒度75μm～
128μm。

[0030] （4）氧化钇（Y2O3）粉末：粒度15μm～45μm，市售，江西赣州嘉通新材料有限公司生产。

[0031] （5）镍基合金粉末：粒度55μm～128μm，市售，上海司太立公司生产，化学组成（wt %）为：C 0.8，Cr 15.5，Si 4，B 3.5，Fe 15，Ni 61.2。

[0032] 称取上述粉末分别为：碳化钛240克，镍包氟化钙140克，镍包石墨90克，氧化钇10克，镍基合金520克，充分混匀，得涂料组合物。

[0033] 除上述重量配比外，各组分在本发明限定的配比范围内均可配制成有效的涂料组合物，在此不一一举例。

[0034] 实施例2 涂层的形成

[0035] 采用等离子喷涂技术将上述涂料组合物熔敷在钢质摩擦构件表面上，工艺过程如下：

[0036] （1）先用金刚砂对45#钢（或其它碳钢）摩擦构件表面进行喷砂处理，喷砂后表面粗糙度Ra=3.5μm～4.5μm。

[0037] （2）采用DH1080型等离子喷涂设备对摩擦构件表面喷涂实施例1的涂料组合物，工艺参数：电流600A，电压30V，喷涂距离100mm，喷嘴的移动速度0.01m/s，喷涂厚度为350μm～450μm。

[0038] （3）通过磨削加工，将摩擦构件喷涂层表面加工至所需精度。

[0039] 对涂层进行微观组织分析，如图1，涂层组织致密，与基体结合牢固，涂层的显微硬度达HV600.6。图中白亮区域为镍基合金，黑色区域多为石墨。

[0040] 实施例3 涂层的性能试验

[0041] 试验以GCr15钢球为对摩偶件，在HT-500型球-盘式摩擦磨损试验机上分别对实#施例2的涂层、45 钢、weldox960高强度合金结构钢进行摩擦。

[0042] 试验条件为：室温（25℃），空气相对湿度为RH60%，干摩擦，滑动速度为0.1m/s，依次以6N、8N、10N、12N（对应的接触应力分别为12.7MPa，38.2MPa，63.7MPa，127.4MPa）的载荷进行试验，摩擦磨损试验结果如图2～图4所示。

[0043] 三者摩擦系数随载荷的变化曲线如图2，本发明涂料组合物涂层的摩擦系数在#0.085～0.14范围内，45 钢的摩擦系数在0.32～0.38之间，瑞典进口weldox960高强度合金结构钢摩擦系数在0.26～0.37之间。可见，本发明的复合涂层摩擦系数比瑞典进口weldox960高强度合金结构钢降低了48%～76%，比45钢降低了60%～73%；

[0044] 三者磨损失重随载荷的变化曲线如图3，本发明涂料组合物涂层的磨损失重在#0.3mg～1.5mg范围内，45 钢的磨损失重在2.1mg～14.9mg之间，瑞典进口weldox960高#
强度合金结构钢磨损失重在3.2mg～8.1mg之间。本发明复合涂层的耐磨损性能是45 钢的3.5～16.8倍，是瑞典进口weldox960高强度合金结构钢的5.3～14.6倍。

[0045] 此外，对摩偶件分别与三者对摩时，GCr15钢球的磨损失重随载荷的变化曲线如图4：对摩偶件与本发明涂料组合物涂层对摩时，GCr15钢球的磨损失重在0.0075mg～#0.0334mg范围内，对摩偶件与45 钢对摩时，GCr15钢球的磨损失重在0.2234mg～0.3876mg之间，对摩偶件与瑞典进口weldox960高强度合金结构钢对摩时，GCr15钢球的磨损失重在0.0097mg～0.0532mg之间。可见，与本发明复合涂层对摩时，偶件（GCr15）的磨损率最#
小，分别是与45 钢对摩时的2%～12%，与瑞典进口weldox960高强度合金结构钢对摩时的
63%～87%。

[0046] 本实施例表明，本发明的复合涂层的减摩和耐磨性能均很优异，并且其对与之相配的偶件材料的磨损也很小。