鈦及鈦合金表面自潤滑耐磨涂層的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于表面處理【技術領域】，公開了一種鈦及鈦合金表面高硬度、自潤滑的耐磨復合涂層制備方法。所說的耐磨涂層結構為微弧氧化形成的硬質陶瓷相和低摩擦系數(shù)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，清除表面的油污和雜質；對其進行微弧氧化處理，制備出高硬度，孔徑小、孔隙率高的硬質陶瓷相；采用熱浸工藝，將聚四氟乙烯填充到陶瓷涂層的空隙、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(fā)明能夠在鈦合金表面制備出硬度高、摩擦系數(shù)低的耐磨復合涂層，且涂層表面平整、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涂層的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于表面處理【技術領域】，涉及到鈦合金表面涂覆強化處理，特別涉及到鈦合金表面金屬自潤滑耐磨復合涂層的制備方法。
【背景技術】
[0002]鈦及鈦合金具密度低、耐蝕性好、比強度高等優(yōu)點，在航空航天、化工、生物醫(yī)學等領域得到廣泛的應用。然而鈦及鈦合金表面硬度低、摩擦系數(shù)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(fā)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(fā)生縫隙腐蝕，嚴重限制了其應用范圍。傳統(tǒng)的表面涂覆處理工藝，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，涂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，導致適用范圍(特別是溫度范圍)受到很大限制。因此，鈦及鈦合金表面涂覆技術中，不但要求具有很好的結合強度、有很好的硬度和低摩擦系數(shù)，也要求涂層具有很好的實用性和更寬泛的使用溫度。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術問題是鈦及鈦合金表面硬度低、摩擦系數(shù)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、摩擦系數(shù)低的鈦及鈦合金表面自潤滑復合涂層的制備工藝。
[0004]采用的技術方案是:
一種鈦及鈦合金表面自潤滑耐磨涂層的制備方法，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(jīng)過(I)處理的鈦合金部件表面清洗，除去油污、雜質等；
(3)將經(jīng)過步驟(2)處理的部件表面進行微弧氧化處理，制備高硬度、孔徑小、孔隙率高的陶瓷涂層；
(4)向經(jīng)過充分干燥的陶瓷涂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涂層熔為一體。
[0005]為了進一步提高涂層的結合力和硬度、降低摩擦系數(shù)等綜合性能，上述步驟(1)中可采用砂輪、砂紙等方式打磨；步驟(2)鈦及鈦合金表面的清洗可采用熱堿、有機溶液或超聲波；步驟(3)采用脈沖微弧氧化工藝，電解液可采用磷酸鹽、硅酸鹽和偏鋁酸鹽溶液；步驟(4)主要采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)采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復合陶瓷涂層的制備方法，其包括:
(I)采用粒度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)采用含氫氧化鈉30~40g/L，碳酸鈉20~30g/L，硅酸鈉10~15g/L的化學溶液，在50~70°C充分清洗鈦及鈦合金10~15min ;或在超聲波作用下采用丙酮清洗3min以上，取出，流水沖洗，烘干。
[0008](3)采用醋酸鈉-硅酸鈉系，或磷酸-硅酸鈉系電解液，將步驟(2)處理的部件表面進行微弧氧化處理，制備出陶瓷涂層。處理參數(shù)為:電流密度lA/dnT5A/dm2，電壓300V~600V，占空比 20~50%，溫度 0~60°C，頻率 700-900Ηζ。
[0009](4)將經(jīng)過步驟(3)處理的試樣烘干，浸入5(T70°C、5(T80g/L的聚四氟乙烯溶液中，保持30min，取出，晾干。
[0010](5)采用熱處理爐，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 ;最后升溫至375°C，保溫15min ；自然冷卻至室溫。
[0011]本發(fā)明的效果和益處有:(I)涂層主體自金屬表面生長形成，與基體結合強度好；
(2)微弧氧化涂層的陶瓷相與聚四氟乙烯完全熔合在一起，保證了涂層既具有更高的硬度，又具有很低的摩擦系數(shù)，耐磨性能大幅提高；(3)涂層表面平整、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，耐污性能出色；(4)涂層的溫度使用范圍更寬。
【具體實施方式】
[0012]實施例1
(1)采用粒度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，采用丙酮`3min，除去油污、雜質等；
(3)采用醋酸鈉-硅酸鈉系電解液，處理參數(shù)為:電流密度lA/dnT5A/dm2，電壓350V~500V，占空比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(jīng)過步驟(2)處理的部件表面進行微弧氧化處理，制備出陶瓷涂層；
(4)浸入5(T70°C、5(T80g/L的聚四氟乙烯溶液中，保持30min，取出，晾干。
[0013](5)采用熱處理爐，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 ;最后升溫至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)采用80-100?熱堿溶液清洗經(jīng)過(I)處理的鈦合金部件表面IOmin以上，除去油污、雜質等；
(3)采用磷酸-硅酸鈉系電解液，將經(jīng)過步驟(2)處理的部件表面進行微弧氧化處理，制備出陶瓷涂層；處理參數(shù)為:電流密度2A/dnTlOA/dm2，電壓400V~500V，占空比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(jīng)過本方法制備的涂層厚度在10-40μπι，涂層表面顯微硬度在350-800Ην之間，涂層表面平整、致密無微弧氧化形成的孔隙、裂紋等缺陷，摩擦系數(shù)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涂層的制備方法，其特征在于包括下述工藝步驟: (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(jīng)過步驟(1)處理的鈦合金部件表面清洗，除去油污、雜質； (3)將經(jīng)過步驟(2)處理的部件表面進行微弧氧化處理，制備高硬度、孔徑小、孔隙率高的陶瓷涂層； (4)向經(jīng)過充分干燥的陶瓷涂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涂層熔為一體。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種鈦及鈦合金表面自潤滑耐磨涂層的制備方法，其特征在于:上述步驟(1)中采用砂輪、砂紙方式打磨；步驟(2)鈦及鈦合金表面的清洗采用熱堿、有機溶液或超聲波；步驟(3)采用脈沖微弧氧化工藝，電解液采用磷酸鹽、硅酸鹽或偏鋁酸鹽溶液；步驟(4)主要是采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)采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(jù)權利要求1所述的一種鈦及鈦合金表面自潤滑耐磨涂層的制備方法，其特征在于其包括下述工藝步驟: (1)采用粒度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)采用含氫氧化鈉30~40g/L，碳酸鈉20~30g/L，硅酸鈉10~15g/L的化學溶液，在50~70°C充分清洗鈦及鈦合金10~15min ;或在超聲波作用下采用丙酮清洗3min，取出，流水沖洗，烘干；` (3)采用醋酸鈉-硅酸鈉系，或磷酸-硅酸鈉系電解液，將步驟(2)處理的部件表面進行微弧氧化處理，制備出陶瓷涂層；處理參數(shù)為:電流密度lA/dnT5A/dm2，電壓300V飛00V，占空比20~50%，溫度(T60°C，頻率700-900Ηζ ； (4)將經(jīng)過步驟(3)處理的試樣烘干，浸入5(T70°C、5(T80g/L的聚四氟乙烯溶液中，保持30min，取出，晾干； (5)采用熱處理爐，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 ;最后升溫至375°C，保溫15min ；自然冷卻至室溫，即得。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種鈦及鈦合金表面自潤滑耐磨涂層的制備方法，其特征在于: (1)采用粒度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，采用丙酮3min，除去油污、雜質； (3)采用醋酸鈉-硅酸鈉系電解液，將經(jīng)過步驟(2)處理的部件表面進行微弧氧化處理，制備出陶瓷涂層；處理參數(shù)為:電流密度lA/dnT5A/dm2，電壓350V飛00V，占空比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，晾干； (5)采用熱處理爐，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 ;最后升溫至375°C，保溫15min ；自然冷卻至室溫。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種鈦及鈦合金表面自潤滑耐磨涂層的制備方法，其特征在于:(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)采用80-100?熱堿溶液清洗經(jīng)過(I)處理的鈦合金部件表面lOmin，除去油污、雜質； (3)采用磷酸-硅酸鈉系電解液，將經(jīng)過步驟(2)處理的部件表面進行微弧氧化處理，制備出陶瓷涂層；處理參數(shù)為:電流密度2A/dnTlOA/dm2，電壓400V~500V，占空比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(yōu)先權日:2013年9月4日
【發(fā)明者】趙暉, 王小輝, 李玉海 申請人:沈陽理工大學