Cu—Al—MoS2復合粉末在等離子噴涂中的應用

劉澤林等

摘 要：等離子噴涂技術廣泛應用于機械行業，根據不同的用途選用合適的噴涂材料來增加零件表面的硬度、耐磨性、潤滑性等機械性能，從而提高零件的壽命。Cu-Al-MoS2復合粉末因為其有較高的力學和化學性能以及特殊的自潤滑性在等離子和火焰噴涂中占據重要的位置，本文通過實例來闡述Cu-Al-MoS2復合粉末的等離子噴涂工藝、噴涂參數、噴涂后性能等。

關鍵詞；等離子噴涂 Cu-Al-MoS2復合粉末 性能

中圖分類號：TG457 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（c）-0078-01

前言機械零部件因為頻率較高的反復運動以及承受較大的摩擦力，從而磨損快，需要頻繁維修更換，比如活塞桿、軸承、軸瓦等，更換新的部件成本較高且頻繁更換影響工作時間。為增加此類零部件的壽命，采用表面處理已經成為行業手段，諸如表面淬火、表面噴涂等技術，其中運用等離子噴涂技術來增加零部件表面的性能已經成為提高零部件壽命的主要手段之一。Cu-Al-MoS2復合粉末因其有良好的耐磨性、自潤滑性而成為于各種零部件的表面噴涂材料。

1 Cu-Al-MoS2復合粉末

Cu-Al-MoS2復合粉末是由Cu、Al及MoS2組成的復合粉，通過冶金手段制成。Cu和Al在噴涂后形成鋁青銅型基體，鋁青銅比其它青銅有更高的力學性能、耐磨、耐蝕、耐寒、耐熱、無磁性。同時Al有放熱的作用，從而增加噴涂層與基體或噴涂層與打底層間的結合強度。MoS2是也稱高級固體潤滑劑，具有石墨型六方晶體結構，有著優異的自潤滑功能，其摩擦系數僅為0.05～0.09，且其化學穩定性和熱穩定性皆好，在很多溶劑中都特別穩定。Cu-Al-MoS2復合粉末涂層具有含氧量低、收縮率小、結構致密、與基體結合強度高、自潤滑性能好等特點，是一種理想的噴涂材料。

Cu-Al-MoS2復合粉末成份為：Al：8%～10%，MoS2：6%～8%，余量為Cu，粉末粒度范圍：-115+325目。

2 噴涂前準備

2.1 試件準備

噴涂試件：六組（12件）經過機械加工后及熱處理的45#鋼棒料，直徑為φ25± 0.05 mm，長度為200 mm，表面粗糙度 0.8 Ra/μm，硬度HRC35～38。

將試件用四氯化碳徹底清洗干凈，保證試件表面無油污及其它雜質。

2.2 試件噴砂

用-100目白剛玉或棕剛玉砂（HRC=70

～90）對試件基體進行噴砂，選用型號為的噴砂機對試件噴砂，噴砂后的試件表面凹凸不平，通過放大鏡觀察，試件表面出現類似峰頂與峰谷的形狀，無限小的峰頂呈尖點，噴涂打底層時的溫度將尖點熔化與打底層粉末結合到一起，形成冶金結合，增加了結合強度。噴砂的目就是激活試件基體表面，增加基體與涂層的結合力。

3 噴涂打底層

3.1 打底層

打底層也稱過渡層，其作用就是粘接基體和工作層，所以打底層的材料必須與基體和工作層皆有很強的結合力。

3.2 打底層粉末

打底層選用鋁包鎳復合粉，鋁包鎳復合粉的涂層有較高的內聚力、結合強度及拉伸強度，并且在噴涂時放出大量反應熱，對鋼鐵及其它很多材料都具有自粘性，是一種理想的打底層粉末。鋁包鎳復合粉成份為：Al：20%，Ni：80%。粉末粒度范圍：-150+325目。

3.3 噴涂打底層

選用型號為GDP-80W的高能等離子噴涂機，將基體預熱到90～120 ℃，噴涂距離控制在125 mm，噴涂期間基體溫度小于 200 ℃，噴涂時間持續3 h，噴涂厚度0.2 mm。

3.4 打底層與基體結合強度

依據JB/T 7509-94國標，對其中三組試件進行拉力試驗。首先將試件端面用車床車到露出全部金屬光澤，選用型號為FM1000的固定膠將試件兩兩端面粘接，用型號為美國INSTRON3669的拉力試驗機進行試驗，三組試件的測試結果為：1# 46.80 MPa；2#48.56 MPa；3#47.60 MPa，平均值為：47.65 MPa，該數值完全符合等離子噴涂打底層與基體的結合強度。

4 噴涂工作層

4.1 工作層

工作層就是零部件與外界接觸而受力、不斷磨損或者受到高低溫度及腐蝕的部位，所以工作層必須有較高的耐磨、耐蝕及力學性能。同時大部分工作層需要有良好的潤滑性能，從而保證工作時零部件間運行順暢，最大限度地降低摩擦，增大壽命。

4.2 工作層粉末

工作層選用Cu-Al-MoS2復合粉末。

4.3 噴涂工作層

將噴涂打底層后的剩余三組試件進行工作層噴涂，選用型號為GDP-80W的高能等離子噴涂機，將基體預熱到100 ℃左右，噴涂距離控制在125 mm，層間溫度小于150℃，噴涂機功率設定32 kw，送粉量為 1.5 kg/h，氣體壓力控制在4 kgf/cm2，噴涂時間持續3 h，噴涂厚度1.2 mm。

4.4 噴涂層的性能

首先對結合強度進行拉力試驗，同打底層步驟相同，將三組試件加工后進行試驗，其結果為：4#36.50 MPa；5#34.40 MPa；6#32.60 MPa，平均值為：34.50 MPa，該結合強度完全滿足使用要求，不會出現脫落現象。

5 Cu-Al-MoS2復合粉末涂層與Cu鍍層的比較

在機械行業在有一種傳統表面處理方法就是鍍銅，經鍍銅后的零件增加了耐磨性，并且銅的質地較軟，對接觸的其它部件減小損傷。但由于該工藝的局限性，鍍層僅能達到0.03 mm，磨損較快，更換頻繁，從而增加了成本并消耗大量的時間。Cu-Al-MoS2復合粉末涂層不僅有鍍銅層的所有優點，而且其涂層可以達到2 mm左右，耐磨性比鍍銅層高出很多倍，其獨特的自潤滑性能充分降低與接觸部件的摩擦，同時Cu-Al-MoS2復合粉末涂層有5%的孔隙度，孔隙的作用就是儲存潤滑油，當共有不足或缺油時可避免機械部件的損壞，此外Cu-Al-MoS2復合粉末涂層還有較大的減震緩沖作用，所以Cu-Al-MoS2復合粉末涂層的壽命比鍍銅層高很多。

6 結論

Cu-Al-MoS2復合粉末在等離子噴涂中的運用越來越廣泛，其優異的性能深受工業制造者的青睞，隨著等離子噴涂技術的不斷發展，Cu-Al-MoS2復合粉末一定有廣闊的運用空間。

參考文獻

[1] 占君，陳桂明，張倩，等.超音速火焰噴涂硅酸鹽玻璃涂層工藝研究[J].材料科學與工藝，2010（3）.

[2] 董楠.等離子噴涂法制備Cu-Al2O3梯度陶瓷涂層的組織及性能研究[D].西安理工大學，2007.endprint