Cu—Al—MoS2复合粉末在等离子喷涂中的应用

刘泽林等

摘 要：等离子喷涂技术广泛应用于机械行业，根据不同的用途选用合适的喷涂材料来增加零件表面的硬度、耐磨性、润滑性等机械性能，从而提高零件的寿命。Cu-Al-MoS2复合粉末因为其有较高的力学和化学性能以及特殊的自润滑性在等离子和火焰喷涂中占据重要的位置，本文通过实例来阐述Cu-Al-MoS2复合粉末的等离子喷涂工艺、喷涂参数、喷涂后性能等。

关键词；等离子喷涂 Cu-Al-MoS2复合粉末 性能

中图分类号：TG457 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（c）-0078-01

前言机械零部件因为频率较高的反复运动以及承受较大的摩擦力，从而磨损快，需要频繁维修更换，比如活塞杆、轴承、轴瓦等，更换新的部件成本较高且频繁更换影响工作时间。为增加此类零部件的寿命，采用表面处理已经成为行业手段，诸如表面淬火、表面喷涂等技术，其中运用等离子喷涂技术来增加零部件表面的性能已经成为提高零部件寿命的主要手段之一。Cu-Al-MoS2复合粉末因其有良好的耐磨性、自润滑性而成为于各种零部件的表面喷涂材料。

1 Cu-Al-MoS2复合粉末

Cu-Al-MoS2复合粉末是由Cu、Al及MoS2组成的复合粉，通过冶金手段制成。Cu和Al在喷涂后形成铝青铜型基体，铝青铜比其它青铜有更高的力学性能、耐磨、耐蚀、耐寒、耐热、无磁性。同时Al有放热的作用，从而增加喷涂层与基体或喷涂层与打底层间的结合强度。MoS2是也称高级固体润滑剂，具有石墨型六方晶体结构，有着优异的自润滑功能，其摩擦系数仅为0.05～0.09，且其化学稳定性和热稳定性皆好，在很多溶剂中都特别稳定。Cu-Al-MoS2复合粉末涂层具有含氧量低、收缩率小、结构致密、与基体结合强度高、自润滑性能好等特点，是一种理想的喷涂材料。

Cu-Al-MoS2复合粉末成份为：Al：8%～10%，MoS2：6%～8%，余量为Cu，粉末粒度范围：-115+325目。

2 喷涂前准备

2.1 试件准备

喷涂试件：六组（12件）经过机械加工后及热处理的45#钢棒料，直径为φ25± 0.05 mm，长度为200 mm，表面粗糙度 0.8 Ra/μm，硬度HRC35～38。

将试件用四氯化碳彻底清洗干净，保证试件表面无油污及其它杂质。

2.2 试件喷砂

用-100目白刚玉或棕刚玉砂（HRC=70

～90）对试件基体进行喷砂，选用型号为的喷砂机对试件喷砂，喷砂后的试件表面凹凸不平，通过放大镜观察，试件表面出现类似峰顶与峰谷的形状，无限小的峰顶呈尖点，喷涂打底层时的温度将尖点熔化与打底层粉末结合到一起，形成冶金结合，增加了结合强度。喷砂的目就是激活试件基体表面，增加基体与涂层的结合力。

3 喷涂打底层

3.1 打底层

打底层也称过渡层，其作用就是粘接基体和工作层，所以打底层的材料必须与基体和工作层皆有很强的结合力。

3.2 打底层粉末

打底层选用铝包镍复合粉，铝包镍复合粉的涂层有较高的内聚力、结合强度及拉伸强度，并且在喷涂时放出大量反应热，对钢铁及其它很多材料都具有自粘性，是一种理想的打底层粉末。铝包镍复合粉成份为：Al：20%，Ni：80%。粉末粒度范围：-150+325目。

3.3 喷涂打底层

选用型号为GDP-80W的高能等离子喷涂机，将基体预热到90～120 ℃，喷涂距离控制在125 mm，喷涂期间基体温度小于 200 ℃，喷涂时间持续3 h，喷涂厚度0.2 mm。

3.4 打底层与基体结合强度

依据JB/T 7509-94国标，对其中三组试件进行拉力试验。首先将试件端面用车床车到露出全部金属光泽，选用型号为FM1000的固定胶将试件两两端面粘接，用型号为美国INSTRON3669的拉力试验机进行试验，三组试件的测试结果为：1# 46.80 MPa；2#48.56 MPa；3#47.60 MPa，平均值为：47.65 MPa，该数值完全符合等离子喷涂打底层与基体的结合强度。

4 喷涂工作层

4.1 工作层

工作层就是零部件与外界接触而受力、不断磨损或者受到高低温度及腐蚀的部位，所以工作层必须有较高的耐磨、耐蚀及力学性能。同时大部分工作层需要有良好的润滑性能，从而保证工作时零部件间运行顺畅，最大限度地降低摩擦，增大寿命。

4.2 工作层粉末

工作层选用Cu-Al-MoS2复合粉末。

4.3 喷涂工作层

将喷涂打底层后的剩余三组试件进行工作层喷涂，选用型号为GDP-80W的高能等离子喷涂机，将基体预热到100 ℃左右，喷涂距离控制在125 mm，层间温度小于150℃，喷涂机功率设定32 kw，送粉量为 1.5 kg/h，气体压力控制在4 kgf/cm2，喷涂时间持续3 h，喷涂厚度1.2 mm。

4.4 喷涂层的性能

首先对结合强度进行拉力试验，同打底层步骤相同，将三组试件加工后进行试验，其结果为：4#36.50 MPa；5#34.40 MPa；6#32.60 MPa，平均值为：34.50 MPa，该结合强度完全满足使用要求，不会出现脱落现象。

5 Cu-Al-MoS2复合粉末涂层与Cu镀层的比较

在机械行业在有一种传统表面处理方法就是镀铜，经镀铜后的零件增加了耐磨性，并且铜的质地较软，对接触的其它部件减小损伤。但由于该工艺的局限性，镀层仅能达到0.03 mm，磨损较快，更换频繁，从而增加了成本并消耗大量的时间。Cu-Al-MoS2复合粉末涂层不仅有镀铜层的所有优点，而且其涂层可以达到2 mm左右，耐磨性比镀铜层高出很多倍，其独特的自润滑性能充分降低与接触部件的摩擦，同时Cu-Al-MoS2复合粉末涂层有5%的孔隙度，孔隙的作用就是储存润滑油，当共有不足或缺油时可避免机械部件的损坏，此外Cu-Al-MoS2复合粉末涂层还有较大的减震缓冲作用，所以Cu-Al-MoS2复合粉末涂层的寿命比镀铜层高很多。

6 结论

Cu-Al-MoS2复合粉末在等离子喷涂中的运用越来越广泛，其优异的性能深受工业制造者的青睐，随着等离子喷涂技术的不断发展，Cu-Al-MoS2复合粉末一定有广阔的运用空间。

参考文献

[1] 占君，陈桂明，张倩，等.超音速火焰喷涂硅酸盐玻璃涂层工艺研究[J].材料科学与工艺，2010（3）.

[2] 董楠.等离子喷涂法制备Cu-Al2O3梯度陶瓷涂层的组织及性能研究[D].西安理工大学，2007.endprint