鈦及鈦合金表面自潤滑耐磨塗層的製備方法
2023-07-13 18:03:21 2
鈦及鈦合金表面自潤滑耐磨塗層的製備方法
【專利摘要】本發明屬於表面處理【技術領域】，公開了一種鈦及鈦合金表面高硬度、自潤滑的耐磨複合塗層製備方法。所說的耐磨塗層結構為微弧氧化形成的硬質陶瓷相和低摩擦係數的聚四氟乙烯填充相組成。該方法包括：打磨、清洗鈦及鈦合金表面，清除表面的油汙和雜質；對其進行微弧氧化處理，製備出高硬度，孔徑小、孔隙率高的硬質陶瓷相；採用熱浸工藝，將聚四氟乙烯填充到陶瓷塗層的空隙、裂紋及表面；通過熱處理將陶瓷相與聚四氟乙烯熔為一體。本發明能夠在鈦合金表面製備出硬度高、摩擦係數低的耐磨複合塗層，且塗層表面平整、均勻，具有很好的耐蝕性能。
【專利說明】鈦及鈦合金表面自潤滑耐磨塗層的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於表面處理【技術領域】，涉及到鈦合金表面塗覆強化處理，特別涉及到鈦合金表面金屬自潤滑耐磨複合塗層的製備方法。
【背景技術】
[0002]鈦及鈦合金具密度低、耐蝕性好、比強度高等優點，在航空航天、化工、生物醫學等領域得到廣泛的應用。然而鈦及鈦合金表面硬度低、摩擦係數高，抗摩擦和磨損性能差，特別是對微動磨損十分敏感；在摩擦作用下，機械零件容易發熱膠著、咬死和高溫氧化，導致塑性和強度下降；而且在高濃度腐蝕性介質中會發生縫隙腐蝕，嚴重限制了其應用範圍。傳統的表面塗覆處理工藝，如電鍍、熱擴散、堆焊、氣相沉積和離子注入等工藝主要通過提高鈦及其合金表面硬度來改善摩擦性能，塗層不具有潤滑性能且耐蝕性不足。專利CN101280450A則提供了一種既具有很好硬度和自潤滑性能的，但其非固體潤滑介質，導致適用範圍(特別是溫度範圍)受到很大限制。因此，鈦及鈦合金表面塗覆技術中，不但要求具有很好的結合強度、有很好的硬度和低摩擦係數，也要求塗層具有很好的實用性和更寬泛的使用溫度。
【發明內容】
[0003]本發明要解決的技術問題是鈦及鈦合金表面硬度低、摩擦係數高引起的耐磨性能差等問題，提供一種結合強度和表面硬度`高、摩擦係數低的鈦及鈦合金表面自潤滑複合塗層的製備工藝。
[0004]採用的技術方案是:
一種鈦及鈦合金表面自潤滑耐磨塗層的製備方法，包括下述工藝步驟:
(O打磨鈦及鈦合金合金部件表面，除去表面的大尺寸缺陷；
(2)將經過(I)處理的鈦合金部件表面清洗，除去油汙、雜質等；
(3)將經過步驟(2)處理的部件表面進行微弧氧化處理，製備高硬度、孔徑小、孔隙率高的陶瓷塗層；
(4)向經過充分乾燥的陶瓷塗層微孔中引入四氟乙烯聚合物；
(5)通過熱處理，使聚合物充分固化與陶瓷塗層熔為一體。
[0005]為了進一步提高塗層的結合力和硬度、降低摩擦係數等綜合性能，上述步驟(1)中可採用砂輪、砂紙等方式打磨；步驟(2)鈦及鈦合金表面的清洗可採用熱鹼、有機溶液或超聲波；步驟(3)採用脈衝微弧氧化工藝，電解液可採用磷酸鹽、矽酸鹽和偏鋁酸鹽溶液；步驟(4)主要採用聚四氟乙烯的高溫水溶液熱浸的方式引入陶瓷膜中；步驟(5)採用熱處理爐加熱至聚四氟乙烯熔點以上，保溫使其充分熔化、浸滲，即得。
[0006]具體地說:一種鈦合金表面金屬基複合陶瓷塗層的製備方法，其包括:
(I)採用粒度600目以內砂紙或砂輪打磨鈦及鈦合金部件表面，除去表面的大尺寸缺陷，保證處理表面的精度。[0007](2)採用含氫氧化鈉30~40g/L，碳酸鈉20~30g/L，矽酸鈉10~15g/L的化學溶液，在50~70°C充分清洗鈦及鈦合金10~15min ;或在超聲波作用下採用丙酮清洗3min以上，取出，流水衝洗，烘乾。
[0008](3)採用醋酸鈉-矽酸鈉系，或磷酸-矽酸鈉系電解液，將步驟(2)處理的部件表面進行微弧氧化處理，製備出陶瓷塗層。處理參數為:電流密度lA/dnT5A/dm2，電壓300V~600V，佔空比 20~50%，溫度 0~60°C，頻率 700-900Ηζ。
[0009](4)將經過步驟(3)處理的試樣烘乾，浸入5(T70°C、5(T80g/L的聚四氟乙烯溶液中，保持30min，取出，晾乾。
[0010](5)採用熱處理爐，將熱浸過聚四氟乙烯的試樣加熱至120°C，保溫15min ;再升溫至345°C，保溫30min ;最後升溫至375°C，保溫15min ；自然冷卻至室溫。
[0011]本發明的效果和益處有:(I)塗層主體自金屬表面生長形成，與基體結合強度好；
(2)微弧氧化塗層的陶瓷相與聚四氟乙烯完全熔合在一起，保證了塗層既具有更高的硬度，又具有很低的摩擦係數，耐磨性能大幅提高；(3)塗層表面平整、均勻，與外界直接接觸相位聚四氟乙烯，不但耐蝕性能大幅提高，而且憎水、憎油，耐汙性能出色；(4)塗層的溫度使用範圍更寬。
【具體實施方式】
[0012]實施例1
(1)採用粒度600目砂紙打磨純鈦(TA2)表面，除去表面的大尺寸缺陷，保證處理表面的精度；
(2)在超聲波作用下，採用丙酮`3min，除去油汙、雜質等；
(3)採用醋酸鈉-矽酸鈉系電解液，處理參數為:電流密度lA/dnT5A/dm2，電壓350V~500V，佔空比20~50%，溫度0~401:，正、負脈寬為50(^8，脈間為ΙΟΟΟμ S，處理時間為5~20min，將經過步驟(2)處理的部件表面進行微弧氧化處理，製備出陶瓷塗層；
(4)浸入5(T70°C、5(T80g/L的聚四氟乙烯溶液中，保持30min，取出，晾乾。
[0013](5)採用熱處理爐，將熱浸過聚四氟乙烯的試樣加熱至120°C，保溫15min ;再升溫至345°C，保溫30min ;最後升溫至375°C，保溫15min ；自然冷卻至室溫。
[0014]實施例2
(1)選用鈦合金(TC4)，用砂輪打磨，去毛刺、缺陷，保證處理表面的精度；
(2)採用80-100?熱鹼溶液清洗經過(I)處理的鈦合金部件表面IOmin以上，除去油汙、雜質等；
(3)採用磷酸-矽酸鈉系電解液，將經過步驟(2)處理的部件表面進行微弧氧化處理，製備出陶瓷塗層；處理參數為:電流密度2A/dnTlOA/dm2，電壓400V~500V，佔空比20~50%，溫度(T60°C，正、負脈寬為500 μ S，脈間為ΙΟΟΟμ S，處理時間為5~30min，
其他同實施例1。
[0015]經過本方法製備的塗層厚度在10-40μπι，塗層表面顯微硬度在350-800Ην之間，塗層表面平整、緻密無微弧氧化形成的孔隙、裂紋等缺陷，摩擦係數降低到0.2以下。
【權利要求】
1.一種鈦及鈦合金表面自潤滑耐磨塗層的製備方法，其特徵在於包括下述工藝步驟: (1)打磨鈦及鈦合金合金部件表面，除去表面的大尺寸缺陷； (2)將經過步驟(1)處理的鈦合金部件表面清洗，除去油汙、雜質； (3)將經過步驟(2)處理的部件表面進行微弧氧化處理，製備高硬度、孔徑小、孔隙率高的陶瓷塗層； (4)向經過充分乾燥的陶瓷塗層微孔中引入四氟乙烯聚合物； (5)通過熱處理，使聚合物充分固化與陶瓷塗層熔為一體。
2.根據權利要求1所述的一種鈦及鈦合金表面自潤滑耐磨塗層的製備方法，其特徵在於:上述步驟(1)中採用砂輪、砂紙方式打磨；步驟(2)鈦及鈦合金表面的清洗採用熱鹼、有機溶液或超聲波；步驟(3)採用脈衝微弧氧化工藝，電解液採用磷酸鹽、矽酸鹽或偏鋁酸鹽溶液；步驟(4)主要是採用聚四氟乙烯的高溫水溶液熱浸的方式引入陶瓷膜中；步驟(5)採用熱處理爐加熱至聚四氟乙烯熔點，保溫使其充分熔化、浸滲，即得。
3.根據權利要求1所述的一種鈦及鈦合金表面自潤滑耐磨塗層的製備方法，其特徵在於其包括下述工藝步驟: (1)採用粒度600目以內砂紙或砂輪打磨鈦及鈦合金部件表面，除去表面的大尺寸缺陷，保證處理表面的精度； (2)採用含氫氧化鈉30~40g/L，碳酸鈉20~30g/L，矽酸鈉10~15g/L的化學溶液，在50~70°C充分清洗鈦及鈦合金10~15min ;或在超聲波作用下採用丙酮清洗3min，取出，流水衝洗，烘乾；` (3)採用醋酸鈉-矽酸鈉系，或磷酸-矽酸鈉系電解液，將步驟(2)處理的部件表面進行微弧氧化處理，製備出陶瓷塗層；處理參數為:電流密度lA/dnT5A/dm2，電壓300V飛00V，佔空比20~50%，溫度(T60°C，頻率700-900Ηζ ； (4)將經過步驟(3)處理的試樣烘乾，浸入5(T70°C、5(T80g/L的聚四氟乙烯溶液中，保持30min，取出，晾乾； (5)採用熱處理爐，將熱浸過聚四氟乙烯的試樣加熱至120°C，保溫15min;再升溫至345°C，保溫30min ;最後升溫至375°C，保溫15min ；自然冷卻至室溫，即得。
4.根據權利要求1所述的一種鈦及鈦合金表面自潤滑耐磨塗層的製備方法，其特徵在於: (1)採用粒度600目砂紙打磨純鈦TA2表面，除去表面的大尺寸缺陷，保證處理表面的精度； (2)在超聲波作用下，採用丙酮3min，除去油汙、雜質； (3)採用醋酸鈉-矽酸鈉系電解液，將經過步驟(2)處理的部件表面進行微弧氧化處理，製備出陶瓷塗層；處理參數為:電流密度lA/dnT5A/dm2，電壓350V飛00V，佔空比20~50%，溫度(T40°C，正、負脈寬為500μ S，脈間為ΙΟΟΟμ S，處理時間為5~20min， (4)浸入5(T70°C、5(T80g/L的聚四氟乙烯溶液中，保持30min，取出，晾乾； (5)採用熱處理爐，將熱浸過聚四氟乙烯的試樣加熱至120°C，保溫15min;再升溫至345°C，保溫30min ;最後升溫至375°C，保溫15min ；自然冷卻至室溫。
5.根據權利要求1所述的一種鈦及鈦合金表面自潤滑耐磨塗層的製備方法，其特徵在於:(1)選用鈦合金TC4，用砂輪打磨，去毛刺、缺陷，保證處理表面的精度； (2)採用80-100?熱鹼溶液清洗經過(I)處理的鈦合金部件表面lOmin，除去油汙、雜質； (3)採用磷酸-矽酸鈉系電解液，將經過步驟(2)處理的部件表面進行微弧氧化處理，製備出陶瓷塗層；處理參數為:電流密度2A/dnTlOA/dm2，電壓400V~500V，佔空比20~50%，溫度(T60°C，正、負脈寬為500 μ S，脈間為ΙΟΟΟμ S，處理時間為5~30min。
【文檔編號】C25D11/26GK103498181SQ201310394592
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月4日 優先權日:2013年9月4日
【發明者】趙暉, 王小輝, 李玉海 申請人:瀋陽理工大學