[发明专利]一种钛合金表面梯度减摩耐磨涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钛及钛合金表面自润滑耐磨涂层及其制备方法，所述的涂层为氧化陶瓷涂层，其孔隙内均匀分布着超高分子量聚乙烯微粒，其表面形成超高分子量聚乙烯膜，其中，超高分子量聚乙烯膜的厚度为10‑20微米。所述的涂层通过提拉成膜法制备，制得的涂层表面致密、平整、均匀，与外界直接接触的超高分子量聚乙烯涂层，不仅耐腐蚀，而且憎水，耐污性能出色。

技术领域

本发明属于表面处理技术领域，涉及到一种钛合金表面涂覆强化处理技术，特别涉及到一种钛合金表面梯度减摩耐磨涂层及其制备方法。

背景技术

钛及钛合金具有密度低、耐蚀性好、强度高的优点，在航空航天、化工、生物材料等方面得到了广泛的应用。虽然钛合金经热处理后的抗拉强度高达900—1000MPa，可与高强钢相媲美，但是硬度较低，约为高强钢的2/3(高强钢的硬度为HV500～600)，并且摩擦系数较大(0.5—0.7)，耐磨损性能差，因此严重限制了钛合金的应用范围。传统的表面涂覆处理工艺，如电镀，气相沉积，离子注入等工艺，主要通过提高钛及钛合金的表面硬度来改善其摩擦性能，涂层不具有润滑性能且耐蚀性能不足。

近年来，等离子电解氧化(Plasma Electrolytic Oxidation,PEO)技术，又称为微弧氧化技术，作为一种可以快速实现金属表面陶瓷化转变的技术，开始在铝、镁、钛、锆等阀金属及其合金的表面处理中得到应用。该技术可以显著提高钛合金的表面硬度和耐磨性，但是，形成的氧化陶瓷层表面粗糙且多孔，在无润滑条件下摩擦系数较高，容易造成滑动件及其配副件的磨损，不利于实际应用。

专利CN103103597A在PEO涂层表面，采用机械涂覆、溅射、气相沉积等处理方法沉积一层低摩擦的外层(石墨、MoS₂)，有效的降低PEO涂层的摩擦系数，改善其摩擦性能，并且在润滑外层发生磨损后，PEO涂层表面自生微孔中储存的润滑剂仍可以补充到滑动表面，继续提供润滑。但是表面的涂层成分复杂，成本较高。

专利CN101280450A提供了一种具有很好硬度和自润滑性能的涂层，但其非固体润滑介质，导致适用范围，尤其是温度范围，受到了很大的限制。

专利CN103498181A提供了一直固体自润滑介质涂层，但其高分子涂层与陶瓷涂层之间的结合较差，且涂层摩擦系数依然较高，在0.2左右。而钛及钛合金的表面涂覆技术中，不仅要求具有很好的硬度，宽泛的使用温度，也要求具有更好的结合强度及更低的摩擦系数。

发明内容

本发明针对钛及钛合金表面硬度低、摩擦系数高引起的耐磨性能差等问题，提供一种结合强度高和表面硬度高、摩擦系数低的钛及钛合金表面自润滑复合涂层及其制备工艺。

实现本发明目的的技术解决方案是：

一种钛及钛合金表面自润滑耐磨涂层，所述的涂层为氧化陶瓷涂层，其孔隙内均匀分布着超高分子量聚乙烯微粒，其表面形成超高分子量聚乙烯膜。

其中，超高分子量聚乙烯膜的厚度为10-20微米。

一种钛及钛合金表面自润滑耐磨涂层的制备方法，包括下述工艺步骤：

(1)采用铝酸钠-磷酸钠体系，或硅酸钠-磷酸钠体系电解液，且电解液含有超高分子量聚乙烯分散液，将经前处理过的钛及钛合金表面进行等离子电解氧化处理后得到孔隙分布超高分子量聚乙烯微粒的氧化陶瓷涂层，其中，超高分子量聚乙烯分散液是将超高分子量聚乙烯置于非离子型表面活性剂中保持搅拌2h以上，且一直搅拌直至与电解液混合；

(2)通过提拉成膜法，将步骤(1)所述的氧化陶瓷涂层浸渍于超高分子量聚乙烯有机溶液中沉积超高分子量聚乙烯膜；

(3)将提拉成膜后的氧化陶瓷涂层加热至80～120℃进行热处理，并保温10～24h，自然冷却至室温。