[发明专利]精密零件表面的金属-陶瓷梯度复合镀层及其制备方法

说明书

本发明属于材料表面处理领域，具体涉及一种精密零件表面的金属‑陶瓷梯度复合镀层及其制备方法。克服现有等离子喷涂涂层以及激光熔覆涂层方法存在的涂层结合力强度低、表面粗糙度高、加工性能差等问题。通过电沉积技术在高温零件表面制备金属‑陶瓷梯度复合镀层，主要步骤为：(1)对零件封胶，(2)精确刻型露出电镀部位，(3)化学除膜，(4)活化，(5)闪镀镍，(6)电沉积“金属‑耐磨颗粒”复合镀层，(7)电沉积“金属‑润滑颗粒”复合镀层。采用本发明可在零件表面制备结合力好、耐高温的减摩/耐磨一体化复合镀层；内层金属‑耐磨颗粒复合镀层硬度达700Hv以上，外层金属‑润滑颗粒复合镀层摩擦系数低于0.10μm。

技术领域

本发明属于材料表面处理领域，具体涉及一种精密零件表面的金属-陶瓷梯度复合镀层及在精密零件表面制备金属-陶瓷梯度复合镀层的方法，其中所述精密零件可以为高温合金或不锈钢精密零件，具体可以是航空发动机用超转限制活门组件。

背景技术

超转限制活门组件是航空发动机燃油泵调节器中重要的安全控制部件，其转速限制精度及使用寿命对航空发动机的使用可靠性具有较大影响。此类零件通常需要高速旋转，同时伴随着高温和冲击，因此超转限制活门组件往往选择GH4169合金或9Cr18不锈钢等作为活门芯，同时需要在其表面制备一层耐磨性优良、高温稳定性好的涂镀层。

目前，活门件表面常用的耐磨涂层是等离子喷涂或激光熔覆CoCrW、Co-WC；此类涂层硬度往往较高，在一定程度上改善了活门件的耐磨性能。然而，活门件需在高速旋转下工作，除了高硬度外，对涂层表面光洁度(Ra≤0.01)、结合强度要求都较高，且对装配尺寸(精度±2μm)要求严格，在施加涂层后需要精密磨削处理。等离子喷涂涂层整体存在结合强度低、表面粗糙度高、加工性能差、在加工中极易掉块等缺点；激光熔覆涂层存在零件易变形、尺寸超差且涂覆时无法精准防护等问题。

上述两种方法均无法满足超转限制活门组件的设计、加工和防护需求。因此，针对超转限制活门组件需求开展高温耐磨涂层研究尤为必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过复合电沉积技术在精密零件表面精确制备金属-陶瓷梯度复合镀层的方法，所述精密零件可以为航空发动机用超转限制活门，以克服现有等离子喷涂涂层以及激光熔覆涂层方法存在的涂层结合力强度低、表面粗糙度高、加工性能差等问题。采用本发明方法可在超转限制活门表面制备结合力好、尺寸精度高、耐高温的减摩/耐磨一体化复合镀层，显著提高超转限制活门组件的耐磨性能和使用寿命。

本发明所采用的电沉积技术也是较为常用的制备镀层的方法，相比于等离子喷涂涂层和激光熔覆层，电沉积层在尺寸精度、粗糙度、致密度、与基体结合强度、成本等方面具有明显优势；本发明通过电沉积方法制备复合电沉积层，复合电沉积层的性能可依据基质涂层及第二相颗粒进行自由调控。Ni镀层高温耐蚀性优异，且与GH4169合金、不锈钢等基体晶格常数相同或相近，界面结合力优良，因此适宜选做粘结剂。金刚石、SiC等碳化物颗粒是较佳耐磨颗粒；此外，立方氮化硼(cBN)颗粒硬度高达8000～9000Hv、热稳定性优良，也适宜选做高温耐磨颗粒。而如六方氮化硼(hBN)、二硫化钼等具有类似石墨的层片状结构，有着超低的摩擦系数，是优良的固体润滑剂。这些耐磨或润滑颗粒为复合涂层的设计提供了广阔的空间。

鉴于超转限制活门组件应用环境恶劣，除了高硬度、高耐磨性外，涂层若同时具备低摩擦系数及高温稳定性等特点，使用可靠性和服役寿命将更佳，因此，通过复合电沉积方法在高温合金或不锈钢超转限制活门表面制备具有高硬度、高耐磨、低摩擦系数及高温稳定性的金属-陶瓷梯度复合涂层是不错的选择。

基于上述分析，本发明提出的技术方案是：

一种精密零件表面的金属-陶瓷梯度复合镀层，其特殊之处在于：包括依次从下至上叠层沉积在精密零件表面的镍层、耐磨复合镀层以及润滑复合镀层；上述耐磨复合镀层为Ni-cBN复合镀层或Ni-金刚石复合镀层或Ni-SiC复合镀层；上述润滑复合镀层为Ni-hBN复合镀层。