[发明专利]一种具有多孔结构陶瓷层的摩擦表面的构筑方法

说明书

一种具有多孔结构陶瓷层的摩擦表面的构筑方法，是将SiC粉、钠长石粉、Si粉、Al₂O₃粉、PMMA粉、PVB按照一定配比和程序进行混合制成功能结构原始粉末，将Ag‑Cu‑Ti金属钎料和PVB混匀制成连接层粉末；以钢材为基体，依次铺覆连接层粉末和多孔结构陶瓷原始粉末，选区激光烧结粉末层形成预制体，将预制体放入真空烧结炉中进行烧结，获得以钢材为基体的具有功能结构的摩擦表面。本发明简化了多孔陶瓷和钢材基体的连接步骤，直接在钢材基体上制备了多孔陶瓷功能表面，由于陶瓷本身的高耐磨特性以及多孔陶瓷能储存润滑油和磨屑，极大地提升了钢材的抗磨损能力，钢材基体和功能表面之间通过金属钎料连接层进行高强度连接，陶瓷层不易剥落。

技术领域

本发明属于功能表面制造领域，具体涉及一种具有多孔结构陶瓷层的摩擦表面的构筑方法。

背景技术

现有机械零部件主要由钢材制成，广泛存在耐磨性较差的问题。新型耐磨合金能在一定程度上提升耐磨性能，但往往存在成本较高，制造难度大等缺点，目前难以替代传统钢材广泛使用。钢材表面渗碳等表面处理方法在提升表面硬度、耐磨性的同时，能保持芯部钢材的韧性，提升钢材的综合性能，但提升程度有限。

陶瓷具有高强高耐磨特性，在钢材表面构筑陶瓷层能极大地改善摩擦表面的耐磨性能。在金属表面构筑陶瓷层的方法主要是，分别制造相匹配的金属构件和陶瓷构件，再通过钎焊将两者装配在一起，不仅工序复杂，且由于陶瓷可塑性差，难以在形状较为复杂的金属零部件表面构筑陶瓷功能结构。直接在金属表面高温熔覆陶瓷颗粒，由于所需温度过高难以形成孔隙率可控的多孔陶瓷层，且陶瓷层容易开裂或剥落。多孔陶瓷内部存在均匀可控的多孔结构，作为摩擦表面时，能储存润滑油以及磨屑，以降低表面磨损率，可用于构筑摩擦表面的功能结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单有效，能直接在钢材表面构筑多孔结构陶瓷层的方法，以解决机械零部件表面耐磨性能差的问题。

本发明之方法包括以下步骤：

(1)基体预处理：将熔点大于1200℃的钢材基体依次用丙酮/石油醚、无水乙醇超声清洗，去除表面油污，氮气吹干。

(2)多孔结构陶瓷原材料的制备：

a.按质量比100:5～20:10～50称取粒径为0.2～20μm的SiC粉末、粒径为0.5～20μm的烧结助剂、无水乙醇，其中烧结助剂是钠长石粉、Si粉、Al₂O₃粉质量比为2～3:1～2:1～2；

b.将步骤a中的混合原料在尼龙球磨罐中进行球磨混匀得到混合浆料，磨球材质为SiC，球磨8～30h后，添加质量浓度为5％的PVB乙醇溶液，继续球磨1～2h；其中，粘结剂PVB的质量为SiC质量的1～3％；

c.将混合浆料通入喷雾干燥塔中进行干燥，其中进口空气温度150～250℃，出口空气温度100℃～125℃，空塔气速0.2～0.5m/s；

d.按SiC质量的10～40％向步骤c得到的混合粉末中添加粒径为20～80μm的PMMA微粉，然后进行机械混合制成多孔结构陶瓷原始粉末。

(3)金属钎料预处理：选取焊接温度在960～1050℃的Ag～Cu～Ti钎料，与质量浓度为5％的PVB乙醇溶液混合得混合浆料，其中PVB的质量为金属钎料质量的1～3％，将混合浆料在尼龙球磨罐中球磨8～15h，磨球材质为SiC，球磨后的浆料在100～140℃真空干燥箱中干燥2～8h。

(4)粉层铺覆：在预处理后的钢材基体上依次铺覆10～100μm厚经预处理的金属钎料粉末、50～300μm厚的多孔结构陶瓷原始粉末，得到预制体。