阅读说明：本技术 耐磨润滑复合涂层及顶箔基材及顶箔基材的制备方法 (Wear-resistant lubricating composite coating, top foil base material and preparation method of top foil base material ) 是由 张治平 陈玉辉 杨玉明 钟瑞兴 于 2020-07-06 设计创作，主要内容包括：本申请提供了一种耐磨润滑复合涂层及顶箔基材及顶箔基材的制备方法。该耐磨润滑复合涂层包括Ni-P过渡层和Ni-P-PTFE-MoS<Sub>2</Sub>复合涂层,其中Ni-P过渡层用于设置在待强化的基材上,Ni-P-PTFE-MoS<Sub>2</Sub>复合涂层设置在Ni-P过渡层上。应用本发明的技术方案,通过Ni-P过渡层可以增加Ni-P-PTFE-MoS<Sub>2</Sub>复合涂层与基材之间的结合力,防止Ni-P-PTFE-MoS<Sub>2</Sub>复合涂层在工作的过程中发生脱落,以增加其可靠性。而Ni-P-PTFE-MoS<Sub>2</Sub>复合涂层拥有较高的硬度及较低的摩擦系数,其最高硬度达6.42Gpa,摩擦系数低至0.112,且Ni-P-PTFE-MoS<Sub>2</Sub>复合涂层同基材之间拥有出色的结合力,呈现出优异的抗剪切性能。该耐磨润滑复合涂层通过上述的结合方式,极大的提高了耐磨性能和润滑性能。(The application provides a wear-resistant lubricating composite coating, a top foil base material and a preparation method of the top foil base material. The wear-resistant lubricating composite coating comprises a Ni-P transition layer and Ni-P-PTFE-MoS 2 Composite coatings in which a Ni-P transition layer is intended to be arranged on the substrate to be reinforced, Ni-P-PTFE-MoS 2 The composite coating is arranged on the Ni-P transition layer. By applying the technical scheme of the invention, the Ni-P-PTFE-MoS can be added through the Ni-P transition layer 2 The binding force between the composite coating and the base material prevents Ni-P-PTFE-MoS 2 The composite coating falls off in the working process so as to increase the reliability of the composite coating. And Ni-P-PTFE-MoS 2 The composite coating has high hardness and low friction coefficient, the maximum hardness of the composite coating reaches 6.42Gpa, the friction coefficient is as low as 0.112, and the composite coating is Ni-P-PTFE-MoS 2 The composite coating has excellent binding force with the base material and shows excellent shear resistance. The wear-resistant lubricating composite coating greatly improves the wear resistance and the lubricating property through the combination mode.)

耐磨润滑复合涂层及顶箔基材及顶箔基材的制备方法

技术领域

本发明涉及加强涂层技术领域，具体而言，涉及一种耐磨润滑复合涂层及顶箔基材及顶箔基材的制备方法。

背景技术

空压机作为动力气源而普遍应用于汽车、医疗器械、食品加工机械、建材及石油化工等行业，目前市面上空压机的结构形式也不尽相同，较为常见的有离心式空压机、螺杆式空压机以及涡旋式空压机等。作为近年来备受关注的气悬浮离心空气压缩机，其以自身出口空气无油、结构简单易于实现小型、轻量化以及相较螺杆压缩机、涡旋压缩机具有更高的压缩比等特点而被一致认为是车用燃料电池空压机的最优选择。

然而，气悬浮燃料电池空压机作为超高速旋转机械的代表，在工作过程中，其以超高的启动速度以及极高的工作转速而对气悬浮燃料电池空压机所使用的气悬浮气体箔片轴承提出了较高的要求，尤其是气悬浮气体箔片轴承顶箔表面的涂层将经受巨大考验。这是由于在超高启动速度的工作条件下，转子和气体箔片轴承顶箔表面涂层在启动瞬间将产生巨大的剪切效应，且在空压机转子起飞之前该剪切效应将一直存在，若不能妥善解决气体箔片轴承顶箔表面涂层同转子之间的干摩擦问题，其将直接导致顶箔表面涂层磨损严重甚至被磨破，一方面，这种情况将会影响轴承同转子之间的配合精度使装配尺寸发生改变，而影响空压机效率；另一方面，涂层磨破的区域将会出现顶箔基材同转子直接摩擦的情况，这样金属同金属之间的直接配合旋转极易出现严重的粘着磨损，从而导致运转过程中转子卡死，空压机不能正常运转。

因此，气悬浮气体箔片轴承顶箔表面涂层类型的选择将直接影响气悬浮燃料电池空压机的运转质量及使用寿命。

发明内容

本发明实施例提供了一种耐磨润滑复合涂层及顶箔基材及顶箔基材的制备方法，以解决现有技术中耐磨润滑用的复合涂层性能较差的技术问题。

本申请实施方式提供了一种耐磨润滑复合涂层，包括：Ni-P过渡层，用于设置在待强化的基材上；Ni-P-PTFE-MoS₂复合涂层，设置在Ni-P过渡层上。

本申请还提供了一种顶箔基材，包括基材，基材上设置有耐磨润滑复合涂层，基材为Ni基高硬合金基材，耐磨润滑复合涂层为上述的耐磨润滑复合涂层。

在一个实施方式中，顶箔基材为气悬浮气体箔片轴承用顶箔基材。

在一个实施方式中，Ni-P过渡层厚度为4-7μm，Ni-P-PTFE-MoS₂复合涂层厚度为10-12μm。

本申请还提供了一种顶箔基材的制备方法，制备方法用于制备上述的顶箔基材，制备方法包括：S10：对基材进行预处理；S20：在预处理后的基材之上施镀Ni-P过渡层；S30：在Ni-P过渡层之上施镀Ni-P-PTFE-MoS₂复合涂层。

在一个实施方式中，S10包括：S11：基材除油；S12：基材除锈。

在一个实施方式中，S10还包括S13：基材活化。

在一个实施方式中，S11包括：基材有机除油和基材无机除油。

在一个实施方式中，S20包括：将预处理后的基材置于Ni-P过渡层镀液之中施镀。

在一个实施方式中，Ni-P过渡层镀液的成份包括：NiSO₄·6H₂O、NaH₂PO₂·6H₂O、Na₃C₆H₅O₇·6H₂O、醋酸、草酸和CH₃COONa。

在一个实施方式中，S30包括：将施镀Ni-P过渡层的基材放入Ni-P-PTFE-MoS₂涂层镀液之中施镀。

在一个实施方式中，Ni-P-PTFE-MoS₂涂层镀液的成份包括：NiSO₄·6H₂O、NaH₂PO₂·6H₂O、Na₃C₆H₅O₇·6H₂O、醋酸、草酸、CH₃COONa、PTFE和MoS₂。

在一个实施方式中，PTFE的粒径为50-100nm，MoS₂的粒径为60-100nm。

在上述实施例中，通过Ni-P过渡层可以增加Ni-P-PTFE-MoS₂复合涂层与基材之间的结合力，防止Ni-P-PTFE-MoS₂复合涂层在工作的过程中发生脱落，以增加其可靠性。而Ni-P-PTFE-MoS₂复合涂层拥有较高的硬度及较低的摩擦系数，其最高硬度达6.42Gpa，摩擦系数低至0.112，且Ni-P-PTFE-MoS₂复合涂层同基材之间拥有出色的结合力，呈现出优异的抗剪切性能。该耐磨润滑复合涂层通过上述的结合方式，极大的提高了耐磨性能和润滑性能。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明的耐磨润滑复合涂层的实施例的整体结构示意图；

图2是图1的耐磨润滑复合涂层的微观形貌示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明的耐磨润滑复合涂层的实施方式，该耐磨润滑复合涂层包括Ni-P过渡层10和Ni-P-PTFE-MoS₂复合涂层20，其中Ni-P过渡层10用于设置在待强化的基材b上，Ni-P-PTFE-MoS₂复合涂层20设置在Ni-P过渡层10上。

应用本发明的技术方案，通过Ni-P过渡层10可以增加Ni-P-PTFE-MoS₂复合涂层20与基材b之间的结合力，防止Ni-P-PTFE-MoS₂复合涂层20在工作的过程中发生脱落，以增加其可靠性。而Ni-P-PTFE-MoS₂复合涂层20拥有较高的硬度及较低的摩擦系数，其最高硬度达6.42Gpa，摩擦系数低至0.112，且Ni-P-PTFE-MoS₂复合涂层20同基材b之间拥有出色的结合力，呈现出优异的抗剪切性能。该耐磨润滑复合涂层通过上述的结合方式，极大的提高了耐磨性能和润滑性能。

图1示出了本发明的顶箔基材，该顶箔基材包括基材b，基材b上设置有耐磨润滑复合涂层，基材b为Ni基高硬合金基材，耐磨润滑复合涂层为上述的耐磨润滑复合涂层。Ni-P过渡层10与Ni基高硬合金基材之间的结合力更高，可以有效防止Ni-P-PTFE-MoS₂复合涂层20在工作的过程中发生脱落，以增加其可靠性。而Ni-P-PTFE-MoS₂复合涂层20拥有较高的硬度及较低的摩擦系数，其最高硬度达6.42Gpa，摩擦系数低至0.112，且Ni-P-PTFE-MoS₂复合涂层20同Ni基高硬合金基材之间同样拥有出色的结合力，使得整个顶箔基材表面呈现出优异的抗剪切性能。该耐磨润滑复合涂层通过上述的结合方式，极大的提高了耐磨性能和润滑性能。

需要说明的是，本发明的顶箔基材的技术方案尤其适用于气悬浮气体箔片轴承用顶箔基材。鉴于气悬浮气体箔片轴承顶箔表面涂层在整个气悬浮燃料电池空压机运转中发挥的巨大作用。本发明的顶箔基材具有高润滑、耐磨损的性能，通过在径向和轴向气体箔片轴承顶箔基材表面涂覆Ni-P过渡层10和Ni-P-PTFE-MoS₂复合涂层20，可以有效解决气悬浮燃料电池空压机在使用过程中可能出现的严重干摩擦问题，从而保证气悬浮燃料电池空压机在运转过程中高效且稳定的运行。这对于缓解气悬浮气体箔片轴承顶箔和转子之间的干摩擦效果明显，极大增加了气悬浮燃料电池空压机工作的可靠性。

更为优选的，在本发明的技术方案中，Ni-P过渡层10厚度为4-7μm，Ni-P-PTFE-MoS₂复合涂层20厚度为10-12μm。该厚度的Ni-P过渡层10以及Ni-P-PTFE-MoS₂复合涂层20可以满足气悬浮气体箔片轴承顶箔和转子之间的干摩擦需要。

本发明还提供了一种顶箔基材的制备方法，该制备方法用于制备上述的顶箔基材，制备方法包括：

S10：对基材b进行预处理；

S20：在预处理后的基材b之上施镀Ni-P过渡层10；

S30：在Ni-P过渡层10之上施镀Ni-P-PTFE-MoS₂复合涂层20。

更为优选的，S10包括：

S11：基材除油；

S12：基材除锈。

通过对基材除油和基材除锈，可以提高Ni-P过渡层10或Ni-P-PTFE-MoS₂复合涂层20与基材的结合力，避免杂质破坏上述结合效果。更为优选的，S13包括基材有机除油和基材无机除油。

更为优选的，S10还包括S13：基材活化。通过基材活化可以将基材表面氧化膜完全去除，并释放基材加工过程中所残留的应力。避免基材表面氧化影响基材和Ni-P过渡层10或Ni-P-PTFE-MoS₂复合涂层20的结合，也可以避免残留的应力导致的涂层结合不稳定。

在本发明的技术方案中，S20包括：将预处理后的基材b置于Ni-P过渡层镀液之中施镀。可选的，Ni-P过渡层镀液的成份包括：NiSO₄·6H₂O、NaH₂PO₂·6H₂O、Na₃C₆H₅O₇·6H₂O、醋酸、草酸和CH₃COONa。

在本发明的技术方案中，S30包括：将施镀Ni-P过渡层10的基材b放入Ni-P-PTFE-MoS₂涂层镀液之中施镀。可选的，Ni-P-PTFE-MoS₂涂层镀液的成份包括：NiSO₄·6H₂O、NaH₂PO₂·6H₂O、Na₃C₆H₅O₇·6H₂O、醋酸、草酸、CH₃COONa、PTFE和MoS₂。优选的，PTFE的粒径为50-100nm，MoS₂的粒径为60-100nm。

将上述的各流程具体实施在气悬浮气体箔片轴承顶箔基材的过程如下：

1、对气悬浮气体箔片轴承顶箔基材进行预处理

预处理依次包括：基材有机除油、基材无机除油、基材酸洗除锈、基材酸洗活化。

基材有机除油使用的有机脂溶剂为分析纯无水乙醇，将基材整体没入乘有分析纯无水乙醇的烧杯中，后将烧杯置于超声清洗仪之中，超声清洗仪功率为设在60-70W之间，清洗时间在15-25min内，清洗过程在室温下进行，完成后将基材取出用50-70℃超纯水冲洗3-4min。

为保证基材表面充分暴漏，将基材加工过程中沾染的脂类物质完全去除，在将基材清洗完成后，需将基材重新置于无机除油溶液中，无机除油溶剂需加热至75-85℃之间，处理时间为10-15min，无机除油溶剂组成及浓度为：15-25g/L NaOH，10-20g/L Na₂CO₃，10-20g/L Na₂SO₃，无机除油完成后将基材同样在50-70℃超纯水下冲洗3-4min。

在将所用Ni基高硬合金顶箔基材表面脂类杂质完全去除后，为保证涂层施镀效果，需将基材表面氧化皮去除，酸洗除锈所使用的除锈溶液为30％-40％体积分数盐酸溶液，此过程在室温下进行，除锈时间在5-7min，随后将Ni基高硬合金顶箔基材取出于流动50-70℃超纯水冲洗3-4min。

最后，将Ni基高硬合金顶箔基材置于30％-40％体积分数硫酸溶液之中以将基材表面氧化膜完全去除，并释放基材加工过程中所残留的应力。

2、将气悬浮气体箔片轴承顶箔基材上施镀Ni-P过渡层10

Ni基高硬合金在完成基材前处理所有流程之后，需首先在Ni基高硬合金基材表面施镀一层Ni-P层作为过渡层，以期望增加二硫化钼掺杂复合涂层与基材之间的结合力，防止二硫化钼掺杂目标涂层在工作的过程中发生脱落，以增加其可靠性。

该过渡层采用化学镀的方法进行施镀，具体实施过程如下：将步骤一中前处理完成后的Ni基高硬合金置于Ni-P过渡层镀液之中施镀12-18min，过渡层的厚度预计在4-7μm，过渡层镀液配方及实验条件如下所示：

3、在气悬浮气体箔片轴承顶箔上施镀Ni-P-PTFE-MoS₂复合涂层20

在完成步骤二气悬浮气体箔片轴承顶箔基材Ni-P过渡层10施镀后，要迅速将施镀过Ni-P过渡层10的基材置于Ni-P-PTFE-MoS₂涂层镀液中进行施镀。需要说明的是，Ni-P-PTFE-MoS₂涂层镀液为目标涂层镀液，其中PTFE为聚四氟乙烯。

具体施镀过程如下：将步骤二中过渡层施镀完成后的Ni基高硬合金基材置于Ni-P-PTFE-MoS₂涂层镀液之中施镀22-30min，目标涂层厚度预计在10-12μm，Ni-P-PTFE-MoS₂涂层镀液的配方及实验条件如下所示：

本发明中，通过此工艺条件下获得的Ni-P-PTFE-MoS₂复合涂层，拥有较高的硬度及较低的摩擦系数，在其最优实施例中，其最高硬度达6.42Gpa，摩擦系数低至0.112，且该复合涂层同基材之间拥有出色的结合力，该二硫化钼掺杂复合涂层呈现出优异的抗剪切性能，这对于缓解气悬浮气体箔片轴承顶箔和转子之间的干摩擦效果明显，极大增加了气悬浮燃料电池空压机工作的可靠性。

在本发明最优实施例中PTFE和MoS₂复合粒子在Ni-P基质合金中的分布如附图1所示，PTFE和MoS₂复合粒子在Ni-P基质合金中分布较为均匀，最终的过渡层和Ni-P-PTFE-MoS₂复合涂层在基材上的分布形式如图2所示。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。