阅读说明：本技术 一种横向软硬相间的自润滑涂层的制备方法 (Preparation method of transverse soft-hard alternated self-lubricating coating ) 是由 曹同坤 杨林 谈庆瑶 于 2020-05-18 设计创作，主要内容包括：本发明提供的一种横向软硬相间的自润滑涂层的制备方法,涉及涂层的制备领域。本发明是将硬涂层和软涂层在基体表面的二维平面内间隔制备,在基体表面形成软硬相间的自润滑涂层。首先将涂层设计成软硬相间的直线型、环形、网状等织构状形式,然后将绝缘材料覆盖住不需要制备涂层的地方,进行硬涂层(或软涂层)制备,接着再将制备的涂层用绝缘材料覆盖,并将需要制备软涂层(或硬涂层)的地方去除覆盖的绝缘材料,进行软涂层(或硬涂层)的制备。本发明能够使软、硬涂层在摩擦过程中同时发挥作用,结合了硬质涂层的高硬度、耐磨的特点和软涂层本身所具有的润滑性能,使得涂层结合了两者的优点,提高了性能。(The invention provides a preparation method of a transverse soft-hard phase self-lubricating coating, and relates to the field of preparation of coatings. The invention prepares the hard coating and the soft coating at intervals in a two-dimensional plane of the surface of a substrate, and forms a self-lubricating coating with the intervals of soft and hard on the surface of the substrate. Firstly, designing a coating into a linear, annular, reticular and other texture form with alternate soft and hard, then covering the place where the coating is not needed to be prepared with an insulating material, preparing a hard coating (or a soft coating), then covering the prepared coating with the insulating material, removing the covered insulating material from the place where the soft coating (or the hard coating) is needed to be prepared, and preparing the soft coating (or the hard coating). The invention can make the soft coating and the hard coating play a role simultaneously in the friction process, combines the characteristics of high hardness and wear resistance of the hard coating and the lubricating property of the soft coating, combines the advantages of the soft coating and the hard coating, and improves the performance.)

一种横向软硬相间的自润滑涂层的制备方法

技术领域

本发明涉及涂层的制备领域，尤其涉及一种横向软硬相间的自润滑涂层的制备方法。

背景技术

我国现在已成为能源消耗大国，能耗过高已经成为制约我国经济发展的瓶颈。在工业生产中，摩擦磨损是造成高能耗的一个重要原因。摩擦导致大量机械能的损耗，而磨损则是机械零件失效的重要原因。据统计，工业化国家能源的30％消耗于摩擦。在我国，由于工业技术水平相对落后，摩擦磨损所造成的损失，以及工业生产的能耗水平，要远高于这个平均数字。

润滑是减少摩擦降低磨损的最为有效的措施。一般的方法是使用润滑油。但在高真空中、超高温、电磁场等一些场合，零部件一般不能采用润滑油和润滑脂进行润滑，而必须采用新型的固体润滑材料来防止部件的磨损与系统的污染。从摩擦学的基本理论出发，要降低材料的摩擦系数和磨损率，就必须使材料的表面同时具有高硬度和低剪切强度。事实上很难获得这种性能的单一材料，这只能通过在高硬度的基体上制备一层低剪切强度的薄膜来实现。

目前在保持零件母体材料原有性能的基础上，采用涂层技术在摩擦副表面制备耐磨损的自润滑涂层，已成为摩擦学领域一个发展方向。

发明内容

针对现有技术，本发明通过提供一种横向软硬相间的自润滑涂层的制备方法，制备出即具有良好的耐磨性，又具有良好减摩、润滑作用的自润滑涂层。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：将硬涂层和软涂层在基体表面的二维平面内间隔制备，在基体表面形成软硬相间的自润滑涂层。软硬相间自润滑涂层的结构如图1所示。

传统的软硬相间的涂层，都是在基体表面先涂一层硬涂层，然后再涂一层软涂层，即在基体的厚度方向进行多层涂层制备。这样，涂层在摩擦过程中，摩擦只能发生在软涂层上或硬涂层上。而本发明，采用在基体表面的二维平面内将硬涂层和软涂层间隔制备的方法，摩擦过程中，硬涂层和软涂层能同时发挥作用，即能同时发挥硬涂层的抗磨性能及软涂层的润滑减摩性能，将两者的优点充分结合起来，提高自润滑涂层的性能。

自润滑涂层的制备方法，优选为电火花沉积制备，其特征在于包括以下制备步骤：

1)将基体的表面进行打磨，抛光，并用丙酮将基体表面所残留的杂质和油污清洗掉，接着清洗后的基体放入无水乙醇中，浸泡15分钟左右后取出，用热风吹干；

2)将涂层设计成软硬相间的直线型、环形、网状等织构状形式。软涂层、硬涂层的宽度在0.4～2mm。软硬涂层可以设计成等宽，也可以设计成不等宽。软硬相间自润滑涂层的典型形式如图2所示，但其结构形式范围不限于图2所示形式。

3)首先在基体表面沉积硬涂层。在基体表面利用绝缘材料(如绝缘胶、绝缘胶带等)将不需要沉积涂层的地方覆盖住，只留出需要涂覆硬涂层的地方，然后进行硬涂层的制备。

4)当硬涂层制备完成后，然后进行软涂层制备。利用绝缘材料将硬涂层部分覆盖，并将需要制备软涂层的地方去除覆盖的绝缘材料。然后，进行软涂层的制备。当软涂层制备完成后，去除所有覆盖的绝缘材料。

以上3)、4)步骤中软、硬涂层的制备顺序可以根据需要进行互换。

进一步，所述的基体为导电材料，优选45#钢、硬质合金。

进一步，所述的硬涂层为硬质合金、TiC、陶瓷等硬度高的涂层。

进一步，所述的软涂层为石墨、Cu-MoS₂等自润滑涂层。

电火花沉积技术是利用瞬间的高能量脉冲电能，在电极与基体材料间形成高温、高压区域，并将电极材料熔涂到基体表面，各种组成电极和工件材料诸元素的原子在电火花沉积过程中发生剧烈扩散和重新合金化的过程，是一种冶金结合。因此，涂层与基体间结合紧密。采用电火花沉积制备自润滑涂层，能够使自润滑涂层具有很高的结合强。

与现有的自润滑涂层的制备方法相比较，本发明的优点在于：在基体表面的二维平面内横向软硬相间制备出自润滑涂层，使软硬涂层在摩擦过程中同时发挥作用，结合了硬涂层的高硬度、耐磨的特点和软涂层本身所具有的润滑性能，使得涂层结合了两者的优点，提高了性能。同时，本发明采用电火花沉积，可保证涂层拥有较厚的厚度以及提高与基体之间的结合强度，使涂层的综合性能提高。

附图说明

图1为软硬相间自润滑涂层的结构示意图

图2为软硬相间自润滑涂层的典型形式

附图标识：1-基体；2-软涂层；3-硬涂层

具体实施方式

以下会通过具体的实施例来对本发明做进一步的阐述，但是不能将此理解为本发明的范围仅限于以下几种实例。在不脱离本发明思想方法的情况下，根据本技术领域的手段做出的变化，均包括于本发明的范围中。

实施例1

1)将所需使用的45#钢基体的表面进行打磨，抛光，并用丙酮将基体表面所残留的磨屑和油污清洗掉，接着清洗后的基体放入无水乙醇中，浸泡15分钟左右后取出，用热风吹干；

2)将涂层设计成直线形式，且软硬涂层相间排列。软涂层、硬涂层的宽度均为1mm。

3)首先利用硬质合金棒为电极，在基体表面沉积硬涂层。在基体表面利用绝缘胶带将不需要沉积涂层的地方覆盖住，只留出需要涂覆硬涂层的地方，然后进行硬涂层的制备。

4)当硬涂层制备完成后，然后以石墨棒为电极进行软涂层制备。利用绝缘胶带将硬涂层部分覆盖，并将需要制备软涂层的地方去除覆盖的绝缘胶带。然后，进行软涂层的制备。当软涂层制备完成后，去除所有覆盖的绝缘材料。

这样在基体的表面上沉积出了硬质合金-石墨软硬相间的自润滑涂层。

实验表明，沉积所得到的涂层具有较厚的厚度，且涂层表面材料较为均匀、致密。

实施例2

1)将所需使用的45#钢基体的表面进行打磨，抛光，并用丙酮将基体表面所残留的磨屑和油污清洗掉，接着清洗后的基体放入无水乙醇中，浸泡15分钟左右后取出，用热风吹干；

2)将涂层设计成圆环形式，且软硬涂层相间排列。软涂层、硬涂层的宽度均为0.5mm。

3)首先利用硬质合金棒为电极，在基体表面沉积硬涂层。在基体表面利用绝缘胶将不需要沉积涂层的地方覆盖住，只留出需要涂覆硬涂层的地方，然后进行硬涂层的制备。

4)当硬涂层制备完成后，然后以石墨棒为电极进行软涂层制备。先将需要制备软涂层的地方去除覆盖的绝缘胶，并清洗干净，然后利用绝缘胶将硬涂层部分覆盖，接着进行软涂层的制备。当软涂层制备完成后，去除所有覆盖的绝缘材料。

这样在基体的表面上沉积出了硬质合金-石墨软硬相间的环状自润滑涂层。

实验表明，沉积所得到的涂层具有较厚的厚度，且涂层表面材料较为均匀、致密。

实施例3

1)将所需使用的45#钢基体的表面进行打磨，抛光，并用丙酮将基体表面所残留的磨屑和油污清洗掉，接着清洗后的基体放入无水乙醇中，浸泡15分钟左右后取出，用热风吹干；

2)将涂层设计成直线形式，且软硬涂层相间排列。软涂层、硬涂层的宽度均为1mm。

3)首先利用硬质合金棒为电极，在基体表面沉积硬涂层。在基体表面利用绝缘胶带将不需要沉积涂层的地方覆盖住，只留出需要涂覆硬涂层的地方，然后进行硬涂层的制备。

4)当硬涂层制备完成后，然后以Cu-MoS₂棒为电极进行软涂层制备。利用绝缘胶带将硬涂层部分覆盖，并将需要制备软涂层的地方去除覆盖的绝缘胶带。然后，进行软涂层的制备。当软涂层制备完成后，去除所有覆盖的绝缘材料。

这样在基体的表面上沉积出了硬质合金-Cu/MoS₂软硬相间的自润滑涂层。

实验表明，沉积所得到的涂层具有较厚的厚度，且涂层表面材料较为均匀、致密。