一种耐空间极低温石墨稀碳化铬润滑涂层的制备方法

摘要

本发明公开了一种耐空间极低温石墨稀/碳化铬润滑涂层的制备方法，属于固体润滑材料领域。该耐空间极低温石墨烯/碳化铬润滑涂层是由75～95重量份碳化铬基粉末碳化铬基粉末和5～25重量份镍包石墨烯粉末为原料制备获得；该润滑涂层通过将镍包石墨烯粉末加入至碳化铬基混合粉末中，采用激光同步传粉方式在基体材料表面熔覆技术，制备的润滑涂层与基体材料具有较强的结合力，同时具有表面硬度高、耐磨性能好、摩擦系数低等特点；该润滑涂层能够克服部分润滑涂层在极低温时润滑性能下降而使轴承过度磨损的问题，特别适用于高真空和极低温环境。

说明书

【技术领域】：本发明涉及一种耐空间极低温石墨烯/碳化铬润滑涂层制备方法，属于固体润滑材料领域。

【技术背景】：固体润滑涂层是一种特殊种类润滑材料，二硫化钼(MoS

石墨烯具有单层碳原子构成的二维六边形密排点阵结构，拥有媲美金刚石硬度的同时又极度柔软，石墨烯作为润滑相，配合碳化铬作为硬质相的复合涂层在低温下也能有良好的润滑特性(Liu Yanmei,Miao Yuhua,Pan Xin,et al.Analysis on Microstructureand Properties of Graphite/Ni and Graphene Composite Coatings Fabricated byLaser Cladding[J].Vacuum,2020,57(4):85-88)。

基于以上考虑，本发明专利提供一种耐空间极低温石墨稀碳化铬润滑涂层的制备方法，原料涉及石墨烯粉末和碳化铬基粉末，利用硬碳化铬增加硬度和强度，石墨烯降低摩擦系数，二者综合作用制备的复合涂层在高真空极低温的环境下仍具有优良的润滑作用；利用激光熔覆技术使涂层与基体材料之间具有较高的结合强度。制备的目标石墨稀碳化铬润滑涂层不仅具有表面硬度高、耐磨性能好、摩擦系数低等特点且又能克服部分润滑涂层在极低温时润滑性能下降而使轴承过度磨损的问题，特别适用于高真空和极低温环境。

【发明内容】：本发明涉及一种耐空间极低温石墨烯/碳化铬润滑涂层的制备方法，该涂层耐空间极低温润滑涂层的厚度为300～800μm，由碳化铬基粉末和石墨烯粉末为原料制备镍包石墨烯粉末和碳化铬基粉末，利用球磨机将制备得到的两种粉末充分混合均匀后采用CO

【本发明的技术方案】：本发明专利涉及一种耐空间极低温石墨烯/碳化铬润滑涂层的制备方法，该耐空间极低温润滑涂层的厚度为300～800μm；分别由75～95重量份的碳化铬基粉末和5～25重量份的镍包石墨烯粉末制得；具体包括以下步骤：

第一、制备镍包石墨烯粉末

首先，在室温下将20～30重量份粒径为5～10μm、厚度为5～10nm的氧化石墨烯粉末加入70～80重量份去离子水中，超声分散5～8h，得到分散均匀、无明显块状存在的氧化石墨烯溶液，待用；其次，将24～40重量份粒径为0.5～1.5μm的分析纯镍粉分散于60～76重量份浓度为0.5～1.5％的十八烷基三甲基氯化铵溶液中，超声分散1～2h后以300～700rpm速率磁力搅拌1～3h，继而以6000～10000rpm的转速离心1～5min后取固体产物用蒸馏水洗涤3～4次，将该产物放入50～120℃的真空干燥箱中干燥6～8h，得到粒径为0.5～1.5μm带正电的镍粉；取10～40重量份该镍粉加入到60～90重量份上述的待用氧化石墨烯溶液中，以300～700rpm的速率磁力搅拌至无色透明后离心，-20℃下冷冻干燥8～12h，得到粒径为30～60μm的镍包石墨烯粉末；

第二、制备碳化铬基粉末

室温下，将60～95重量份粒径为0.5～1.5μm的碳化铬Cr

第三、耐空间极低温石墨烯/碳化铬润滑涂层的制备

将5～25重量份步骤一中所得的镍包石墨烯粉和75～95重量份步骤二中所得的碳化铬基粉末加入到球磨机中，充分混合均匀，待用；采用磨床对基体材料进行精磨，在去除表面氧化皮的同时保证基材表面平整度，然后依次用丙酮和酒精超声波清洗该基体材料1～10min，再用电吹风烘干，得到清洁表面，基体材料为不锈钢或陶瓷或硬质合金；最后利用激光涂覆技术完成薄膜的制备，其中：采用CO

【本发明的优点及效果】：本发明涉及一种耐空间极低温石墨烯/碳化铬润滑涂层制备方法，包括以下有益效果：(1)利用硬质相(碳化铬)增加硬度和强度，润滑相(石墨烯)降低摩擦系数，二者综合作用制备的复合涂层具有优异的润滑作用，重要的是在高真空极低温的环境下仍具有优良的润滑作用；(2)所选用的粉体配方中的碳化铬基粉末，用镍铬(NiCr)作为粘结剂，一方面将碳化铬(Cr

【附图说明】

图1是本发明专利的耐空间极低温石墨烯/碳化铬润滑涂层的结构示意图，图中的编码分别为：1为石墨烯/碳化铬润滑涂层；2为基体材料。

具体实施方式

下面以附图1和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：制备一种耐空间极低温石墨烯/碳化铬润滑涂层1

第一、制备镍包石墨烯粉末

首先，在室温下将25重量份粒径为5μm、厚度为5nm的氧化石墨烯粉末加入75重量份去离子水中，超声分散6h，得到分散均匀、无明显块状存在的氧化石墨烯溶液，待用；其次，将43重量份粒径为1.0μm的分析纯镍粉分散于57重量份浓度为1.0％的十八烷基三甲基氯化铵溶液中，超声分散1.5h后以500rpm速率磁力搅拌2h，继而以7000rpm的转速离心3min后取固体产物用蒸馏水洗涤3次，将该产物放入80℃的真空干燥箱中干燥7h，得到粒径为1.0μm带正电的镍粉；取30重量份该镍粉加入到70重量份上述的待用氧化石墨烯溶液中，以500rpm的速率磁力搅拌至无色透明后离心，-20℃下冷冻干燥10h，得到粒径为50μm的镍包石墨烯粉末；

第二、制备碳化铬基粉末

室温下，将80重量份粒径为1μm的碳化铬Cr

第三、耐空间极低温石墨烯/碳化铬润滑涂层的制备

将10重量份步骤一中所得的镍包石墨烯粉和90重量份步骤二中所得的碳化铬基粉末加入到球磨机中，充分混合均匀，待用；采用磨床对基体材料进行精磨，在去除表面氧化皮的同时保证基材表面平整度，然后依次用丙酮和酒精超声波清洗该基体材料5min，再用电吹风烘干，得到清洁表面，基体材料为不锈钢或陶瓷或硬质合金；最后利用激光涂覆技术完成薄膜的制备，其中：采用CO

实施例2：制备一种耐空间极低温石墨烯/碳化铬润滑涂层2

第一、制备镍包石墨烯粉末

首先，在室温下将25重量份粒径为5μm、厚度为5nm的氧化石墨烯粉末加入75重量份去离子水中，超声分散7h，得到分散均匀、无明显块状存在的氧化石墨烯溶液，待用；其次，将30重量份粒径为1.0μm的分析纯镍粉分散于70重量份浓度为1.0％的十八烷基三甲基氯化铵溶液中，超声分散1.5h后以500rpm速率磁力搅拌2h，继而以7000rpm的转速离心3min后取固体产物用蒸馏水洗涤3次，将该产物放入80℃的真空干燥箱中干燥7h，得到粒径为1.0μm带正电的镍粉；取35重量份该镍粉加入到65重量份上述的待用氧化石墨烯溶液中，以500rpm的速率磁力搅拌至无色透明后离心，-20℃下冷冻干燥10h，得到粒径为50μm的镍包石墨烯粉末；

第二、制备碳化铬基粉末

室温下，将80重量份粒径为1μm的碳化铬Cr

第三、耐空间极低温石墨烯/碳化铬润滑涂层的制备

将15重量份步骤一中所得的镍包石墨烯粉和85重量份步骤二中所得的碳化铬基粉末加入到球磨机中，充分混合均匀，待用；采用磨床对基体材料进行精磨，在去除表面氧化皮的同时保证基材表面平整度，然后依次用丙酮和酒精超声波清洗该基体材料5min，再用电吹风烘干，得到清洁表面，基体材料为不锈钢或陶瓷或硬质合金；最后利用激光涂覆技术完成薄膜的制备，其中：采用CO

实施例3：制备一种耐空间极低温石墨烯/碳化铬润滑涂层3

第一、制备镍包石墨烯粉末

首先，在室温下将25重量份粒径为5μm、厚度为5nm的氧化石墨烯粉末加入75重量份去离子水中，超声分散6h，得到分散均匀、无明显块状存在的氧化石墨烯溶液，待用；其次，将30重量份粒径为0.5μm的分析纯镍粉分散于70重量份浓度为1.0％的十八烷基三甲基氯化铵溶液中，超声分散2h后以500rpm速率磁力搅拌2h，继而以7000rpm的转速离心3min后取固体产物用蒸馏水洗涤3次，将该产物放入90℃的真空干燥箱中干燥6h，得到粒径为1.0μm带正电的镍粉；取30重量份该镍粉加入到70重量份上述的待用氧化石墨烯溶液中，以500rpm的速率磁力搅拌至无色透明后离心，-20℃下冷冻干燥10h，得到粒径为50μm的镍包石墨烯粉末；

第二、制备碳化铬基粉末

室温下，将80重量份粒径为1μm的碳化铬Cr

第三、耐空间极低温石墨烯/碳化铬润滑涂层的制备

将25重量份步骤一中所得的镍包石墨烯粉和75重量份步骤二中所得的碳化铬基粉末加入到球磨机中，充分混合均匀，待用；采用磨床对基体材料进行精磨，在去除表面氧化皮的同时保证基材表面平整度，然后依次用丙酮和酒精超声波清洗该基体材料5min，再用电吹风烘干，得到清洁表面，基体材料为不锈钢或陶瓷或硬质合金；最后利用激光涂覆技术完成薄膜的制备，其中：采用CO

实施例4：制备一种耐空间极低温石墨烯/碳化铬润滑涂层4

第一、制备镍包石墨烯粉末

首先，在室温下将30重量份粒径为5μm、厚度为5nm的氧化石墨烯粉末加入70重量份去离子水中，超声分散6h，得到分散均匀、无明显块状存在的氧化石墨烯溶液，待用；其次，将24重量份粒径为1.0μm的分析纯镍粉分散于76重量份浓度为1.0％的十八烷基三甲基氯化铵溶液中，超声分散2h后以500rpm速率磁力搅拌2h，继而以7000rpm的转速离心4min后取固体产物用蒸馏水洗涤3次，将该产物放入100℃的真空干燥箱中干燥6h，得到粒径为1.0μm带正电的镍粉；取20重量份该镍粉加入到80重量份上述的待用氧化石墨烯溶液中，以500rpm的速率磁力搅拌至无色透明后离心，-20℃下冷冻干燥10h，得到粒径为50μm的镍包石墨烯粉末；

第二、制备碳化铬基粉末

室温下，将80重量份粒径为1μm的碳化铬Cr

第三、耐空间极低温石墨烯/碳化铬润滑涂层的制备

将15重量份步骤一中所得的镍包石墨烯粉和85重量份步骤二中所得的碳化铬基粉末加入到球磨机中，充分混合均匀，待用；采用磨床对基体材料进行精磨，在去除表面氧化皮的同时保证基材表面平整度，然后依次用丙酮和酒精超声波清洗该基体材料5min，再用电吹风烘干，得到清洁表面，基体材料为不锈钢或陶瓷或硬质合金；最后利用激光涂覆技术完成薄膜的制备，其中：采用CO

实施例5：制备一种耐空间极低温石墨烯/碳化铬润滑涂层5

第一、制备镍包石墨烯粉末

首先，在室温下将30重量份粒径为5μm、厚度为5nm的氧化石墨烯粉末加入70重量份去离子水中，超声分散5h，得到分散均匀、无明显块状存在的氧化石墨烯溶液，待用；其次，将40重量份粒径为0.5μm的分析纯镍粉分散于60重量份浓度为1.0％的十八烷基三甲基氯化铵溶液中，超声分散1.5h后以500rpm速率磁力搅拌2h，继而以7000rpm的转速离心3min后取固体产物用蒸馏水洗涤3次，将该产物放入70℃的真空干燥箱中干燥8h，得到粒径为1.0μm带正电的镍粉；取30重量份该镍粉加入到70重量份上述的待用氧化石墨烯溶液中，以500rpm的速率磁力搅拌至无色透明后离心，-20℃下冷冻干燥9h，得到粒径为55μm的镍包石墨烯粉末；

第二、制备碳化铬基粉末

室温下，将80重量份粒径为1μm的碳化铬Cr

第三、耐空间极低温石墨烯/碳化铬润滑涂层的制备

将15重量份步骤一中所得的镍包石墨烯粉和85重量份步骤二中所得的碳化铬基粉末加入到球磨机中，充分混合均匀，待用；采用磨床对基体材料进行精磨，在去除表面氧化皮的同时保证基材表面平整度，然后依次用丙酮和酒精超声波清洗该基体材料5min，再用电吹风烘干，得到清洁表面，基体材料为不锈钢或陶瓷或硬质合金；最后利用激光涂覆技术完成薄膜的制备，其中：采用CO