一種自蔓延方法制備NiAl系金屬間化合物復(fù)合自潤(rùn)滑涂層的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于堆焊技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種制備NiAl系金屬間化合物復(fù)合自潤(rùn)滑涂層的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自蔓延高溫合成(SHS)是一種快速、簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的NiAl涂層制備與連接技術(shù)，因此引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。用熱源從反應(yīng)體系一端進(jìn)行點(diǎn)燃，當(dāng)端點(diǎn)溫度達(dá)到引燃溫度時(shí)，反應(yīng)體系開(kāi)始發(fā)生反應(yīng)并釋放足夠的熱量使相鄰未反應(yīng)區(qū)域也達(dá)到引燃溫度，最終燃燒蔓延整個(gè)反應(yīng)體系，燃燒合成得到了最終的產(chǎn)物。自蔓延高溫合成方法主要用于材料的合成、異種材料連接、涂層制備等。
[0003]N1-Al系金屬間化合物的熔點(diǎn)高、硬度高、比重輕、熱導(dǎo)率較高，并且具有優(yōu)異的抗氧化性能以及良好的高溫穩(wěn)定性能，在涂層材料方面具有很好的應(yīng)用前景。
[0004]固體潤(rùn)滑劑可以在摩擦副接觸表面上形成穩(wěn)定、連續(xù)的硬質(zhì)或軟質(zhì)保護(hù)膜，從而防止摩擦副破壞，滿足高溫、重載、真空、高輻射等工況條件下的潤(rùn)滑需求。按基本原料劃分，可以分為軟金屬、金屬化合物、無(wú)機(jī)物、有機(jī)物。其中金屬化合物二硫化鉬是一種工業(yè)應(yīng)用廣泛的固體潤(rùn)滑劑。二硫化鉬潤(rùn)滑涂層的制備方法有磁控濺射、離子束輔助沉積、火焰噴涂、環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)等。其中物理氣相沉積制備的二硫化鉬涂層厚度小，耐磨時(shí)間短，工藝復(fù)雜，成本高。有機(jī)物粘結(jié)的二硫化鉬涂層，受制于有機(jī)物基體本身限制，使用溫度有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有方法制備的自潤(rùn)滑涂層耐磨時(shí)間短、工藝復(fù)雜、成本高以及使用溫度有限的問(wèn)題，而提供一種自蔓延方法制備NiAl系金屬間化合物復(fù)合自潤(rùn)滑涂層的方法。
[0006]本發(fā)明的一種自蔓延方法制備NiAl系金屬間化合物復(fù)合自潤(rùn)滑涂層的方法按以下步驟進(jìn)行:
[0007]一、將Ni粉和A1粉混合均勻，然后在壓力為180MPa?360MPa的條件下保壓15min?30min，得到N1-Al壓坯；所述的Ni粉和A1粉的摩爾比為(0.8?1.2):1 ；
[0008]二、將Ni粉、A1粉和二硫化鉬球磨混合0.5h?1.5h，然后在壓力為180MPa?360MPa的條件下保壓15min?30min，得到3Ni_Al_MoS2壓坯；步驟二中所述的A1粉與步驟一中所述的A1粉的摩爾比為1:1 ;步驟二中所述的Ni粉與步驟二中所述的A1粉的摩爾比為(2.8?3.2):1 ;步驟二中所述的Ni粉和A1粉的總質(zhì)量與二硫化鉬的質(zhì)量比為100:(5 ?20)；
[0009]三、在底座上從下至上依次疊放下隔熱層、金屬基體、步驟一得到的N1-Al壓坯、步驟二得到的3N1-Al-MoS2S坯和上隔熱層，在上隔熱層上施加壓力，壓力為lOMPa?40MPa，然后點(diǎn)燃步驟一得到的N1-Al壓坯，燃燒完成后撤銷上隔熱層上施加壓力，得到NiAl系金屬間化合物復(fù)合自潤(rùn)滑涂層。
[0010]本發(fā)明有益效果
[0011]本發(fā)明的方法公開(kāi)了一種在金屬材料表面制備自潤(rùn)滑涂層的自蔓延高溫合成的方法。該方法是將固相潤(rùn)滑顆粒預(yù)先混合在鎳鋁自蔓延粉末中，施加一定壓力下，在金屬表面引燃。粉末自蔓延燃燒合成鎳鋁金屬間化合物涂層，釋放出熱量實(shí)現(xiàn)涂層與基體的連接。固體潤(rùn)滑顆粒在自蔓延制備過(guò)程中鑲嵌在涂層中，隨著摩擦過(guò)程涂覆在摩擦界面，實(shí)現(xiàn)自潤(rùn)滑效果。自蔓延制得的NiAl金屬間化合物，摩擦系數(shù)最小可達(dá)0.2。這個(gè)過(guò)程主要借助金屬粉末自蔓延燃燒釋放的熱量，實(shí)現(xiàn)涂層的制備、基體的連接和固體潤(rùn)滑顆粒的加入。加入固體潤(rùn)滑顆粒的涂層相比鋼基體和不加固體潤(rùn)滑顆粒的鎳鋁金屬間化合物，摩擦系數(shù)降低。本發(fā)明制得的涂層具有明顯的潤(rùn)滑效果，且制備涂層過(guò)程比較快速、效率高，且節(jié)省能源、綠色環(huán)保。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為試驗(yàn)一至六的步驟三中各原料放置示意圖沾為壓頭，b為隔熱層，c為步驟二得到的3N1-Al-MoS2S還，d為步驟一得到的N1-Al壓還，e為金屬基體，f為底座；
[0013]圖2為試驗(yàn)一至三得到的NiAl系金屬間化合物復(fù)合自潤(rùn)滑涂層的摩擦磨損性能曲線圖；其中A為試驗(yàn)一，B為試驗(yàn)二，C為試驗(yàn)三；
[0014]圖3所示的試驗(yàn)三至六得到的NiAl系金屬間化合物復(fù)合自潤(rùn)滑涂層連接強(qiáng)度曲線圖；其中1為試驗(yàn)四、2為試驗(yàn)五，3為試驗(yàn)六，4為試驗(yàn)三。
【具體實(shí)施方式】
[0015]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式的一種自蔓延方法制備NiAl系金屬間化合物復(fù)合自潤(rùn)滑涂層的方法按以下步驟進(jìn)行:
[0016]一、將Ni粉和A1粉混合均勻，然后在壓力為180MPa?360MPa的條件下保壓15min?30min，得到N1-Al壓坯；所述的Ni粉和A1粉的摩爾比為(0.8?1.2):1 ；
[0017]二、將Ni粉、A1粉和二硫化鉬球磨混合0.5h?1.5h，然后在壓力為180MPa?360MPa的條件下保壓15min?30min，得到3Ni_Al_MoS2壓坯；步驟二中所述的A1粉與步驟一中所述的A1粉的摩爾比為1:1 ;步驟二中所述的Ni粉與步驟二中所述的A1粉的摩爾比為(2.8?3.2):1 ;步驟二中所述的Ni粉和A1粉的總質(zhì)量與二硫化鉬的質(zhì)量比為100:(5 ?20)；
[0018]三、在底座上從下至上依次疊放下隔熱層、金屬基體、步驟一得到的N1-Al壓坯、步驟二得到的3N1-Al-MoS2S坯和上隔熱層，在上隔熱層上施加壓力，壓力為lOMPa?40MPa，然后點(diǎn)燃步驟一得到的N1-Al壓坯，燃燒完成后撤銷上隔熱層上施加壓力，得到NiAl系金屬間化合物復(fù)合自潤(rùn)滑涂層。
[0019]本實(shí)施方式的方法公開(kāi)了一種在金屬材料表面制備自潤(rùn)滑涂層的自蔓延高溫合成的方法。該方法是將固相潤(rùn)滑顆粒預(yù)先混合在鎳鋁自蔓延粉末中，施加一定壓力下，在金屬表面引燃。粉末自蔓延燃燒合成鎳鋁金屬間化合物涂層，釋放出熱量實(shí)現(xiàn)涂層與基體的連接。固體潤(rùn)滑顆粒在自蔓延制備過(guò)程中鑲嵌在涂層中，隨著摩擦過(guò)程涂覆在摩擦界面，實(shí)現(xiàn)自潤(rùn)滑效果。自蔓延制得的NiAl金屬間化合物，摩擦系數(shù)最小可達(dá)0.2。這個(gè)過(guò)程主要借助金屬粉末自蔓延燃燒釋放的熱量，實(shí)現(xiàn)涂層的制備、基體的連接和固體潤(rùn)滑顆粒的加入。加入固體潤(rùn)滑顆粒的涂層相比鋼基體和不加固體潤(rùn)滑顆粒的鎳鋁金屬間化合物，摩擦系數(shù)降低。本實(shí)施方式制得的涂層具有明顯的潤(rùn)滑效果，且制備涂層過(guò)程比較快速、效率高，且節(jié)省能源、綠色環(huán)保。
[0020]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:步驟一中所述的Ni粉和A1粉的摩爾比為1:1。其他步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0021]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二不同的是:步驟一中在壓力為270MPa的條件下保壓20min?25min，得到Ni_Al壓坯。其他步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0022]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同的是:步驟二中所述的Ni粉與步驟二中所述的A1粉的摩爾比為3:1。其他步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一至三之一相同。
[0023]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至四之一不同的是:步驟二中所述的Ni粉和A1粉的總質(zhì)量與二硫化鉬的質(zhì)量比為100: (8?12)。其他步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一至四之一相同。
[0024]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至五之一不同的是:步驟二中將Ni粉、A1粉和二硫化鉬球磨混合lh。其他步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一至五之一相同。
[0025]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至六之一不同的是:步驟二中然后在壓力為270MPa的條件下保壓20min?25min，得到3Ni_Al_MoS2壓坯。其他步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一至六之一相同。
[0026]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至七之一不同的是:步驟三中所述的金屬基體材料為鋼。其他步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一至七之一相同。
[0027]【具體實(shí)施方式】九:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至八之一不同的是:步驟三中在上隔熱層上施加壓力，壓力為20MPa?30MPa。其他步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一至八之一相同。
[0028]采用以下試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果
[0029]試驗(yàn)一、本試驗(yàn)的一種自蔓延方法制備NiAl系金屬間化合物復(fù)合自潤(rùn)滑涂層的方法按以下步驟進(jìn)行:
[0030]一、將Ni粉和A1粉