一种含有TiN和TiO2的锡基巴氏合金涂层的制备方法专利检索-··等离子喷涂专利检索查询-专利查询网

一种含有TiN和TiO2的锡基巴氏 合金涂层的制备方法

专利类型	发明公开	法律事件	公开; 实质审查; 驳回;
专利有效性	无效专利	当前状态	驳回
申请号	CN202010596308.2	申请日	2020-06-28
公开(公告)号	CN111575628A	公开(公告)日	2020-08-25
申请人	沈阳理工大学;	申请人类型	学校
发明人	陈卓君; 王志伟; 周秋忠; 吴净;	第一发明人	陈卓君
权利人	沈阳理工大学	权利人类型	学校
当前权利人	沈阳理工大学	当前权利人类型	学校
省份	当前专利权人所在省份：辽宁省	城市	当前专利权人所在城市：辽宁省沈阳市
具体地址	当前专利权人所在详细地址：辽宁省沈阳市浑南新区南屏中路6号	邮编	当前专利权人邮编：110000
主IPC国际分类	C23C4/06	所有IPC国际分类	C23C4/06 ; C23C4/134
专利引用数量	5	专利被引用数量	0
专利权利要求数量	8	专利文献类型	A
专利代理机构	北京睿智保诚专利代理事务所	专利代理人	周新楣;
摘要	本发明公开了一种含有TiN和TiO2的锡基巴氏合金涂层的制备方法，S1、制备喷涂粉(1)配料：氧化钛 TiO2粉5-15％、金属TiN2粉5-15％、锡基巴氏合金粉70-90％；(2)混料：将氧化钛TiO2粉、金属TiN粉、锡基巴氏合金粉均加入到混料机内进行混料工作，使锡基巴氏合金粉与氧化钛TiO2和金属TiN2充分混合，混合时间为6-8小时，得到喷涂粉，本发明通过在锡基巴氏合金粉中添加金属TiN粉和氧化钛TiO2粉两种粉，并通过混料机混料均匀，采用等利用离子喷涂设备在H62 黄铜表面喷涂，提高锡基巴氏合金的表面硬度和耐磨性。
权利要求	1.一种含有TiN和TiO2的锡基巴氏合金涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： S1、制备喷涂粉 (1)配料：氧化钛TiO2粉5-15％、金属TiN2粉5-15％、锡基巴氏合金粉70-90％； (2)混料：将氧化钛TiO2粉、金属TiN2粉和锡基巴氏合金粉按试验设计的比例加入到混料机内进行混料工作，使氧化钛TiO2、金属TiN2和锡基巴氏合金粉与之间进行充分混合，混合时间为6-8小时，得到含有氧化钛TiO2和金属TiN2锡基巴氏合金的喷涂粉； S2、喷涂 (1)喷涂主体：H62黄铜，尺寸25502-3mm； (2)将喷涂粉加入到等离子喷涂设备内，利用等离子喷涂设备将喷涂粉均匀的喷涂在H62黄铜表面； S3、性能检测 (1)采用金相试样镶嵌机将喷涂后的H62黄铜样品进行镶样； (2)对镶样用砂纸180#，240#……1200#、1500#、2000#对端面依次进行磨损实验，磨损结束后进行抛光和腐蚀处理； (3)用深圳生产的HV-1000显微硬度仪测量涂层的显微硬度HV，并对每一个试件经与X射线衍射仪与S-4800扫描电镜观察微观结构，分析涂层成分并记录相关参数。 2.根据权利要求1所述的一种含有TiN和TiO2的锡基巴氏合金涂层的制备方法，其特征在于：所述锡基巴氏合金所述锡基巴氏合金粉为浙江亚通焊材有限公司生产的YTH锡合金粉，粒度为-150/325M的粒度为-150/325M，所述氧化钛TiO2粉的粒度200/330M、金属TiN2粉为目粒度200/330目。 3.根据权利要求1所述的一种含有TiN和TiO2的锡基巴氏合金涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中，采用MDW-02磨损试验机对喷涂层进行磨损，其中磨损时间为100min。 4.根据权利要求1所述的一种含有TiN和TiO2的锡基巴氏合金涂层的制备方法，其特征在于：所述磨损时采用油润滑，使用无菌棉签把5W-20#机油均匀涂抹在喷涂层表面，每隔 20min对试件称重；磨损后先用除油剂或者丙酮清除试件上残留的油污，之后用无水乙醇进行超声波振动清洗，清洗15-30min，用吹风机吹干，在FB-C精密天平上称重。 5.根据权利要求1所述的一种含有TiN和TiO2的锡基巴氏合金涂层的制备方法，其特征在于：所述等离子喷涂设备的主气为惰性气体氩气，次气为氮气。 6.根据权利要求1所述的一种含有TiN和TiO2的锡基巴氏合金涂层的制备方法，其特征在于：所述锡基巴氏合金粉90％、氧化钛TiO2粉5％、金属TiN2粉5％。 7.根据权利要求1所述的一种含有TiN和TiO2的锡基巴氏合金涂层的制备方法，其特征在于：所述锡基巴氏合金粉70％、氧化钛TiO2粉15％、金属TiN2粉15％。 8.根据权利要求1所述的一种含有TiN和TiO2的锡基巴氏合金涂层的制备方法，其特征在于：所述锡基巴氏合金粉80％、氧化钛TiO2粉10％、金属TiN2粉10％。
说明书全文	一种含有TiN和TiO2的锡基巴氏合金涂层的制备方法技术领域 [0001] 本发明涉及锡基巴氏合金技术领域，具体为一种含有TiN和TiO2的锡基巴氏合金涂层的制备方法。背景技术 [0002] 轴瓦是滑动轴承和轴颈接触的部分，形状为瓦状的半圆柱面，非常光滑，一般用青铜、减摩合金等耐磨材料制成，在特殊情况下，可以用木材、工程塑料或橡胶制成。轴瓦有整体式和剖分式两种，整体式轴瓦通常称为轴套。整体式轴瓦有无油沟和有油沟两种。轴瓦与轴颈采用间隙配合，轴瓦是滑动轴承和轴接触的部分，非常光滑，一般用青铜、减摩合金等耐磨材料制成。轴瓦一般有两层金属，外侧是钢，内侧有包括铜合金、铝合金、巴氏合金在内的多种合金金属。其中内侧的合金有很多特殊的性能，包括耐疲劳性，埋收性，抗酸性等等。 [0003] 巴氏合金是锡基轴承合金和铅基轴承合金通称。巴氏合金是承受中等负荷轴承合金中比较理想的材料，由于它的强度较低，利用钢壳、铜壳材料来增加合金的强度。低速重载荷滑动轴承的轴瓦与油膜润滑瓦在轴承上，直接与轴相接触的部分,承受载荷并且与轴具有相对运动。为减少摩擦,磨损对轴瓦材料提出各种要求,除要求摩擦副间，锡基巴氏合金，因其质软而韧、耐磨、易切削和铲刮,故广泛应用于轧钢设备的轴承瓦衬。 [0004] 摩擦会产生很高的温度,虽然轴瓦是由于特殊的耐高温合金材料制成,但发直接摩擦产生，汽车用滑动轴承故障原因的平均比率占故障的主要原因，提高轴瓦与基体间的结合强度，并且降低轴瓦的摩擦系数、提高轴瓦的摩擦学性能，提高瓦衬的显微硬度，能够有效改善轴瓦脱落这一问题。发明内容 [0005] 本发明的目的在于提供一种含有TiN和TiO2的锡基巴氏合金涂层的制备方法，以解决上述背景技术中摩擦会产生很高的温度,虽然轴瓦是由于特殊的耐高温合金材料制成,但确是直接摩擦产生，汽车用滑动轴承故障原因的平均比率占故障的主要原因，提高轴瓦与基体间的结合强度，并且降低轴瓦的摩擦系数、提高轴瓦的摩擦学性能，提高瓦衬的显微硬度，能够有效改善轴瓦寿命的问题。 [0006] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种含有TiN和TiO2的锡基巴氏合金涂层的制备方法，包括如下步骤： [0007] S1、制备喷涂粉 [0008] (1)配料：氧化钛：TiO2粉5-15％、金属TiN2粉：5-15％与70-90％的锡基巴氏合金粉； [0009] (2)混料：将锡基巴氏合金粉、氧化钛TiO2粉和金属TiN2粉按试验设计的比例加入到混料机内进行混料工作，使锡基巴氏合金粉与氧化钛TiO2和金属TiN2进行充分混合，混合时间为6-8小时，得到含有氧化钛TiO2和金属TiN2锡基巴氏合金的喷涂粉； [0010] S2、喷涂 [0011] (1)喷涂主体：H62黄铜，尺寸：25502-3mm； [0012] (2)将喷涂粉加入到等离子喷涂设备内，利用等离子喷涂设备将喷涂粉均匀的喷涂在H62黄铜表面； [0013] S3、性能检测 [0014] (1)采用金相试样镶嵌机将喷涂后的H62黄铜样品进行镶样； [0015] (2)用砂纸180#，240#……1200#、1500#对镶样端面依次进行打磨，抛光和腐蚀处理； [0016] (3)利用HV-1000显微硬度仪测量涂层表面的显微硬度HV，并对每一个试件Rigaku X射线衍射仪与S-4800扫描电镜观察微观结构，分析涂层成分并记录相关参数[0017] (3)用深圳生产的HV-1000显微硬度仪测量涂层的显微硬度HV，并对每一个试件经Rigaku X射线衍射仪与S-4800扫描电镜观察微观结构，分析涂层成分并记录相关参数。 [0018] 优选的，所述锡基巴氏合金为浙江亚通焊材有限公司生产的YTH锡合金粉，粒度为-150/325M，所述氧化钛TiO2粉的粒度200/330M、金属TiN2粉为目粒度200/330目。 [0019] 优选的，所述步骤S3中，采用MDW-02磨损试验机对喷涂层进行磨损，其中磨损时间为100min。 [0020] 优选的，所述磨损时采用5w-20#机油润滑，使用无菌棉签把5W-20#机油润滑均匀涂抹在喷涂层表面，每隔20min对试件称重；磨损后先用除油剂或者丙酮清除试件上残留的油污，之后用无水乙醇进行超声波振动清洗，清洗15-30min，用吹风机吹干，在FB-C精密天平上称重。 [0021] 优选的，所述等离子喷涂设备的主气为惰性气体氩气，次气为氮气。 [0022] 优选的，所述氧化钛TiO2粉5％、金属TiN2粉5％、锡基巴氏合金粉90％。 [0023] 优选的，所述氧化钛TiO2粉15％、金属TiN2粉15％、锡基巴氏合金粉70％。 [0024] 优选的，所述氧化钛TiO2粉10％、金属TiN2粉10％、锡基巴氏合金粉80％。 [0025] 本发明提供了一种含有TiN和TiO2的锡基巴氏合金涂层的制备方法，具备以下有益效果： [0026] (1)本发明通过在锡基巴氏合金粉中添加金属TiN粉、氧化钛TiO2粉两种粉，并通过混料机均匀混料，采用等利用离子喷涂设备在H62黄铜表面喷涂，提高锡基巴氏合金的表面显微硬度和耐磨性。 [0027] (2)本发明添加TiO2和金属TiN的锡基巴氏合金涂层的显微硬度可达1151Hv，与常规锡基巴氏合金涂层显微硬度提高13.5倍，且等离子喷涂15％锡基巴氏合金时擦系数u＝0.38，等离子喷涂10％TiN2锡基巴氏合金,等离子喷涂含有TiO2和TiN锡基巴氏合金时摩擦系数为u＝0.19，摩擦系数最小为u＝0.06，比锡基巴氏合金摩擦降低了3.3倍。附图说明 [0028] 图1为本发明的H62黄铜表面等离子喷涂不同含量TiO2、10％TiN锡基巴氏合金磨损曲线； [0029] 图2为本发明的H62黄铜表面等离子喷涂含TiN锡基巴氏合金质量磨损曲线； [0030] 图3为本发明的H62黄铜表面等离子喷涂不同含量10％TiN和10％TiO2锡基巴氏合金摩擦系数曲线； [0031] 图4为本发明的H62黄铜表面等离子喷涂添加15％TiN锡基巴氏合金喷涂层涂层放大图像； [0032] 图5为本发明的H62黄铜表面等离子喷涂含有10％TiN锡基巴氏合金XRD分析图谱； [0033] 图6为本发明的H62黄铜表面等离子喷涂含有10％TiN锡基巴氏合金摩擦系数曲线； [0034] 图7为本发明的H62黄铜表面等离子喷涂在锡基巴氏合金添加10％TiN、10％TiO2元素分析位置选择点的SEM图像； [0035] 图8为本发明的H62表面等离子喷涂在锡基巴氏合金添10％TiN、10％TiO2元素成分谱图； [0036] 图9为本发明H62表面等离子喷涂10％TiO2锡基巴氏合金XRD衍射分析图谱； [0037] 图10为本发明H62表面等离子喷涂锡基巴氏合金TiO2和TiN涂层显微硬度柱形图； [0038] 图11为本发明等离子喷涂不同含量的TiO2、10％TiN锡基巴氏合金磨损曲线图。具体实施方式 [0039] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。 [0040] 实施例1： [0041] S1、制备喷涂粉 [0042] (1)配料：15％氧化钛TiO2粉、15％金属TiN粉和余量70％锡基巴氏合金粉； [0043] (2)混料：将含有氧化钛TiO2粉和金属TiN粉的锡基巴氏合金粉均匀加入到混料机内进行混料工作，使锡基巴氏合金粉与氧化钛TiO2和金属TiN之间进行充分混合，混合时间为6-8小时，得到锡基巴氏合金含有氧化钛TiO2粉和金属TiN粉的混合均匀喷涂粉； [0044] S2、喷涂 [0045] (1)喷涂主体：H62黄铜，尺寸：25502-3mm； [0046] (2)将喷涂粉加入到PK-80Z-II离子喷涂设备内，利用等离子喷涂设备将喷涂粉均匀的喷涂在H62黄铜表面； [0047] S3、性能检测 [0048] (1)采用金相试样镶嵌机将喷涂后的H62黄铜选择特定组件并制镶样； [0049] (2)用HV-1000显微硬度仪测量涂层的显微硬度HV，并对每一个试件经Rigaku X射线衍射仪与S-4800扫描电镜观察微观结构，分析涂层成分并记录相关参数。 [0050] (3)使用MDW-02磨损试验机对喷涂层进行大磨损，磨损时间为100min，磨损之前对试件进行称重后，将试件装夹在夹具上，喷涂面与钢球接触； [0051] 加载载荷：F＝1-100N； [0052] 频率：f＝1-3/Hz； [0053] 润滑：5W-20#机油； [0054] 其中，进行磨损试验，磨损时采用5W-20#机油润滑，使用无菌棉签把5W-20#机油均匀涂抹在喷涂层表面，每隔20min对试件称重一次。磨损后先用除油剂或者丙酮清除试件上残留的油污，之后用无水乙醇进行超声波振动清洗15-30min，用吹风机吹干，在FB-C精密天平上称重。本次试验选用手动加载，通过磨损球针上加码来保证施加力在1N-100N范围中一个定值。通过改变轴转速来确定往复频率及每秒磨损来回次数。通过传感器测出摩擦温度与摩擦力矩，间接得到摩擦力和摩擦系数； [0055] 实施例2： [0056] S1、制备喷涂粉 [0057] (1)配料：10％氧化钛TiO2粉和10％金属TiN粉与余量锡基巴氏合金粉； [0058] (2)混料：将氧化钛TiO2粉、金属TiN粉和锡基巴氏合金粉均加入到混料机内进行混料工作，使氧化钛TiO2、金属TiN和锡基巴氏合金粉之间进行充分混合，混合时间为6-8小时，得到混合均匀的含有10％氧化钛TiO2粉和10％金属TiN粉的锡基巴氏合金喷涂粉； [0059] S2、喷涂 [0060] (1)喷涂基体：H62黄铜，尺寸：25502-3mm； [0061] (2)将喷涂粉加入到PK-80Z-II离子喷涂设备内，利用等离子喷涂设备将喷涂粉均匀的喷涂在H62黄铜表面； [0062] S3、性能检测 [0063] (1)采用金相试样镶嵌机将喷涂后的样品H62黄铜制成镶样； [0064] (2)利用HV-1000显微硬度仪测量涂层表面的显微硬度HV，并对每一个试件Rigaku X射线衍射仪与S-4800扫描电镜观察微观结构，分析涂层成分并记录相关参数[0065] (3)使用MDW-02磨损试验机对喷涂层进行磨损，磨损时间为100min，磨损前对试件称重，将试件装夹在夹具上，喷涂面与对钢球接触： [0066] 加载载荷：F＝1-100N； [0067] 频率：f＝1-3/Hz； [0068] 润滑：5w-20#机油； [0069] 其中，磨损时采用5w-20#机油润滑，使用无菌棉签把润滑油均匀涂抹在喷涂层表面，每隔20min对试件称重一次。本次试验手动加载，通过磨损球针上加码来保证施加力在1N-100N范围中一个定值。通过改变轴转速来确定往复频率及每秒磨损来回次数。通过传感器测出摩擦温度与摩擦力矩，间接得到摩擦力和摩擦系数，磨损后除油剂或者丙酮清除试件上残留的油污，之后用无水乙醇进行超声波振动清洗，清洗15-30min，用吹风机吹干，在FB-C精密天平上称重； [0070] 实施例3： [0071] S1、制备喷涂粉 [0072] (1)配料：5％氧化钛TiO2粉、5％金属TiN粉余量90％锡基巴氏合金粉； [0073] (2)混料：将锡基巴氏合金粉、氧化钛TiO2粉和金属TiN粉均加入到混料机内进行混料工作，使锡基巴氏合金粉与氧化钛TiO2和金属TiN之间进行充分混合，混合时间为6-8小时，得到含有5％氧化钛TiO2和5％金属TiN粉混合均匀的锡基巴氏合金喷涂粉； [0074] S2、喷涂 [0075] (1)喷涂基体：H62黄铜，尺寸：25502-3mm； [0076] (2)将喷涂粉加入到PK-80Z-II离子喷涂设备内，利用等离子喷涂设备将喷涂粉均匀的喷涂在H62黄铜表面； [0077] S3、性能检测 [0078] (1)采用金相试样镶嵌机将喷涂后的H62黄铜选择特定组件并制镶样； [0079] (2)利用HV-1000显微硬度仪测量涂层表面的显微硬度HV，并对每一个试件Rigaku X射线衍射仪与S-4800扫描电镜观察微观结构，分析涂层成分并记录相关参数[0080] (3)使用MDW-02磨损试验机对喷涂层进行磨损试验，磨损时间为100min，磨损前对试件称重，将试件装夹在夹具上，喷涂面与钢球接触： [0081] 加载载荷：F＝1-100N； [0082] 频率：f＝1-3/Hz； [0083] 润滑条件：5w-20#机油； [0084] 其中，磨损时采用5w-20#油润滑，使用无菌棉签把5w-20#机油均匀涂抹在喷涂层表面，每隔20min对试件称重一次。磨损后先用除油剂或者丙酮清除试件上残留的油污，用无水乙醇进行超声波振动清洗，清洗15-30min，用吹风机吹干，在FB-C精密天平上称重，本次试验选用手动加载，通过磨损球针上加码来保证施加力在1N-100N范围中一个定值。通过改变轴转速来确定往复频率及每秒磨损来回次数。通过传感器测出摩擦温度与摩擦力矩，间接得到摩擦力和摩擦系数； [0085] (4)添加TiN锡基巴氏合金元素信息如表1 [0086] 表1添加TiN锡基巴氏合金元素信息 [0087] [0088] 结论： [0089] 在试验条件为载荷F＝3N，频率f＝3Hz及磨损时间每次t＝20min，总T＝100min，根据锡基巴氏合金TiN、TiO2的空白试验组的磨损曲线，磨损量增长率分别为锡基巴氏合金0.01219g/min、0.0119g/min、TiN 0.00809g/min、TiO20.00306g/min，添加TiO2磨损量最大为1.219g。 [0090] 锡基巴氏合金没加TiO2和TiN降低磨损率近1.5倍。等离子喷涂15％锡基巴氏合金摩擦系数u＝0.38,等离子喷涂10％TiN,锡基巴氏合金,等离子喷涂含有TiO2和TiN锡基巴氏合金摩擦系数为u＝0.19.摩擦系数最小为u＝0.06，比等离子喷涂锡基巴氏合金的摩擦系数降低了3.3倍。 [0091] 等离子喷涂锡基巴氏合金、TiO2和TiN涂层显微硬度别为：85.5HV、TiO2：162HV、TiN：551.5HV，而等离子喷涂含有TiN和TiO2锡基巴氏合金涂层表面显微硬度≥390HV以上，最高可达630HV，提高了7.5倍，因此可使轴承载较大载荷的进行更长时间的运转工作。由HV-1000显微硬度测试可知等离子喷涂锡基巴氏合金中15％TiO2的显微硬度为100.5HV，等离子喷涂锡基巴氏合金有10％TiO2的显微硬度值为164.5HV。

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