[发明专利]一种含Au纳米粒子梯度耐磨涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐磨涂层的制备方法，特别涉及工业纯Ti表面一种含有Au纳米粒子的梯度耐磨涂层的制备方法，属于表面改性领域。

背景技术

Ti材料因其低密度、高比强度、优异的抗腐蚀性、耐高温、无磁性、生物相容性好等特点，在航空航天、海洋工程、石油化工、医疗、体育运动器具等领域的应用日益广泛。但是Ti材料尤其是工业纯Ti耐磨性较差、易擦伤及粘附限制了其推广应用。对工业纯Ti进行表面改性以增强其耐磨性成为该领域的一个研究热点。

涂层表面组成对其性能具有重要影响，为达到改善工业纯Ti耐磨性的目的，设计并制备复合涂层是目前的一个研究热点。

中国专利公开号CN105386040A，公开日2016年3月9日，发明创造的名称为一种在Ti合金表面制备WC/石墨复合涂层的方法。该申请案公开了一种在Ti合金表面制备WC/石墨复合涂层的方法：一、对Ti合金基材进行表面预处理去除表面氧化膜；二、将碳化钨粉末和金刚石粉末混合均匀，得到混合粉末，然后向混合粉末中加入聚乙烯醇水溶液搅拌均匀，得到熔覆材料；三、将熔覆材料预置于Ti合金基材表面，烘干后得到预置层；四、对具有预置层的Ti合金基材表面进行激光熔覆处理，制备得到WC/石墨复合涂层。本发明通过激光熔覆处理过程产生的热量使Ti合金基材表面预置层中的金刚石发生同素异构转变生成石墨，克服现有技术中不能通过激光技术制备石墨涂层的缺陷，在Ti合金表面制备得到WC/石墨复合涂层，在改善Ti合金表面耐磨性能的同时降低其摩擦系数。其不足之处在于该方法主要是仅考虑了涂层表面高硬度(WC)与润滑材料(石墨)的结合获得耐磨表层，而未考虑涂层与基体的界面结合，涂层与基体热膨胀系数差异容易导致内应力的变化而导致涂层失效；同时在大气环境下，摩擦过程中产生的瞬时高温(闪温)也容易造成石墨的氧化而失效。

中国专利公开号CN105904167A，公开日2016年8月31日，发明创造的名称为两级原位自生Ti合金表面可控耐磨涂层的制备方法。该申请案公开了一种Ti合金表面可控耐磨涂层的制备方法：一、混粉：按质量百分比将TiB₂粉和TC4Ti合金粉进行球磨混粉，得到混好的复合粉末；二、热压烧结：将混好的复合粉末装入真空热压烧结炉中进行热压烧结，得到原位自生的高硬质相含量复合材料；三、切割薄片：将原位自生的高硬质相含量复合材料采用线切割机切割成薄片，并用砂纸打磨去掉表面杂质，得到表面光滑的薄片；四、熔覆：将表面光滑的薄片平铺在TC4Ti合金表面，然后在氩气保护的条件下置于钨极氩弧焊机下进行熔覆，得到覆有耐磨涂层的TC4Ti合金。本发明的涂层采用TiB₂与TC4Ti合金的混合粉末进行制备，由于涂层中含有与基体成分一致的TC4Ti合金从而有效降低了涂层与金属基体的界面应力，同时钨极氩弧熔覆可在大气环境中进行，工艺简单，可提高效率降低成本。该方法的不足之处在于，由于涂层是采用真空热压得到烧结锭坯，再采用切割成薄片，这就限制了薄片的厚度下限不能太薄(该发明中薄片厚度大于0.5mm)，从而导致最终的涂层下限不会太薄，而通常功能涂层在几百纳米甚至几微米以上就能发挥效果，该发明的涂层厚度局限造成了一定的材料浪费。

根据前人研究成果，贵金属Au、Ag、Pd等的纳米粒子具有良好的润滑性能，有效降低了基体材料的磨损速率(S.W.Zhang,L.T.Hu,H.Z.Wang,D.P.Alng,Tribology International,55(2012)1-6.)。贵金属在宽的温度范围内具有低剪切强度、良好的热化学稳定性及抗氧化性，即使在高温环境下也保持了良好的润滑性能；而传统的润滑材料如石墨、MoS₂材料在350℃以上发生快速氧化而失效(C.P.Mulligan,D.Gall,Surface and Coatings Technology,200(2005)1495-1500.)。Au、Ag在碳化物、氮化物、氧化物、金属合金中均具有良好的润滑性能。(C.P.Mulligan,T.A.Blanchet,D.Gall,Wear,269(2010)125-131.)。