本發(fā)明涉及摩擦技術領域，特別涉及一種自潤滑復合材料、制備方法及自具有自潤滑功能的部件。

背景技術：

汽車的進氣門是一種典型需要具備耐磨性能的部件。請參考圖1，進氣門由頭部和桿部組成，頭部與氣門座圈相配合，對氣缸進行密封，并按工作循環(huán)的要求定時開戶和關閉，使新鮮空氣進入氣缸；桿部與氣門導管配合為氣門的運動提供導向。

在工作過程中，進氣門可上下運動，運動的同時伴有旋轉(zhuǎn)，在運動的過程中進氣門與氣門導管和氣門座圈均產(chǎn)生磨損。目前發(fā)動機進氣門，由于工作環(huán)境的關系，氣門導管與氣門桿間的潤滑油泄漏量小且很難精確控制，潤滑油通常流不到氣門與座圈間，而進氣門在工作過程中又不像排氣門那樣可以形成固體潤滑膜，因此進氣門與氣門座圈的潤滑情況十分惡劣。

目前為了提高進氣門的耐磨性，主要通過在進氣門上涂覆一層以Co為主體原料，添加Ni、Cr、Y₂O₃和納米Al粉的陶瓷增強復合涂層。該涂層的典型組織為細小的陶瓷相亞共晶介穩(wěn)組織，具有較高的表面硬度，提高了材料的耐磨、耐溫性能。

雖然上述陶瓷增強復合涂層提高了進氣門的表面硬度，但是在產(chǎn)品使用過程中，進氣門還是頻繁出現(xiàn)磨損失效問題。尤其對于高功率、高負荷的大型柴油機而言，進氣門失效頻繁性比較高，嚴重影響了發(fā)動機的工作性能，進而影響了整機的綜合性能。

因此，如何解決現(xiàn)有技術中進氣門工作磨損技術問題，提高發(fā)動機的工作性能，是本領域內(nèi)技術人員亟待解決的技術問題。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種自潤滑復合材料層，形成該自潤滑復合材料層中各組成成分的質(zhì)量比為5％～20％石墨粉、5％～20％MoS₂、3％～10％W粉、1％～5％Ti粉、40％～60％Ni粉、10％～15％Cr粉。

可選的，石墨與MoS₂的粒度為20μm，W粉的粒度為30μm，Ti粉的粒度為80μm，Ni粉與Cr粉的粒度為60μm。

此外，本發(fā)明還提供了上述自潤滑復合材料層的制備方法，該制備方法具體為：

預先按照預定配比準備石墨、MoS₂、W粉、Ti粉、Ni粉、Cr粉原材料；

將上述原材料粉末置于不銹鋼坩堝中進行球磨混合；

通過激光熔覆、化學氣相沉淀或熱噴涂技術上述球磨后的粉末涂覆于零部件的配合表面形成自潤滑復合材料層。

另外，本發(fā)明還提供了一種具有自潤滑功能的部件，包括部件本體，所述部件本體的配合表面涂覆有上述所述的自潤滑復合材料層；或者通過上述制備方法形成的自潤滑復合材料層。

可選的，所述部件為進氣門，所述自潤滑復合材料層設置于所述進氣門與氣缸座圈的密封表面。

可選的，所述進氣門與氣門導管配合的桿段外表面也設置有所述自潤滑復合材料層。

可選的，所述部件為排氣門、氣缸座圈或者氣門導管，所述自潤滑復合材料層設置于所述排氣門、氣缸座圈或者氣門導管的相應配合表面。

上述組成成分的自潤滑復合材料混合物在激光熔覆、化學氣相沉淀或熱噴涂等工藝中，由于熱作用，部分石墨將與W、Cr、Ti分別反應形成新相碳化鎢、碳化鉻、碳化鈦，再加上的Mo元素的固溶強化，四者共同作用提高了涂層的強度。

同時，在熱作用的過程中，MoS₂與鉻發(fā)生共晶反應，生成硫化物(Cr_xS_y)，該物質(zhì)是良好的高溫固體潤滑劑，在高溫下具有良好的潤滑性能。殘留的未參加反應的單質(zhì)石墨是良好的室溫固體潤滑劑，具有良好的潤滑性能。因此該涂層不論是在室溫還是在高溫均能分別依賴單質(zhì)石墨和硫化物(Cr_xS_y)對進氣門進行潤滑，在進氣門表面形成潤滑膜，該潤滑膜又在其配副的氣門座圈上形成轉(zhuǎn)移膜，良性循環(huán)，不斷提供潤滑作用，這就徹底解決了進氣門在高低溫的潤滑差的問題。

具有自潤滑復合材料層的進氣門不僅具有良好的耐磨性、抗氧化性，而且在高溫、低溫時具備優(yōu)良的潤滑功能，大大改善了進氣門的潤滑情況。

附圖說明

圖1進氣門及組件裝配示意圖；

圖2為本發(fā)明自潤滑復合材料層制備流程框圖；

圖3為本發(fā)明利用激光熔覆將粉末混合物涂覆于零部件表面的工藝示意圖；

圖4為進氣門與氣缸座圈配合的密封表面設置有自潤滑復合材料層的示意圖；

圖5為設置自潤滑復合材料層位置的局部放大圖。

其中，圖3至圖5中：

進氣門10、自潤滑復合材料層11、硫化物11a、單質(zhì)石墨11b。

具體實施方式

針對背景技術中提到的進氣門使用磨損的技術問題，本文進行了深入研究，研究發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術中解決進氣門磨損的主要手段為提高進氣門的硬度，增加表面材料硬度雖然能夠提高進氣門的耐磨損能力，并沒有改善進氣門與氣門座圈間的難潤滑問題，摩擦副之間的磨損問題依然存在。并且金屬(進氣門)與金屬(氣門座圈)之間的摩擦力很大，高硬度的表面材料仍然會存在磨損，高硬度材料層破損后，進氣門很快就被磨損失效。

在上述研究發(fā)現(xiàn)的基礎上，本文進行了進一步探索，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術上述技術問題產(chǎn)生的根本原因是進氣門與氣門座圈之間缺少潤滑，故本文另辟蹊徑提出了一種解決進氣門磨損的技術方案。

為了使本領域的技術人員更好地理解本發(fā)明的技術方案，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

本發(fā)明提出了一種自潤滑復合材料，該自潤滑復合材料可以通過激光熔覆、化學氣相沉淀、熱噴涂等技術涂覆于零部件的配合表面，以形成自潤滑復合涂層，該自潤滑復合涂層具有潤滑性能。

具體地，形成該自潤滑復合材料的各組成成分的質(zhì)量比為5％～20％石墨、5％～20％MoS₂、3％～10％W粉、1％～5％Ti粉、40％～60％Ni粉、10％～15％Cr粉。

請參考圖2，圖2為本發(fā)明自潤滑復合材料層制備流程框圖。在制備自潤滑復合材料層時，可以按以下步驟進行：

S1、預先按照預定配比準備石墨、MoS₂、W粉、Ti粉、Ni粉、Cr粉等原材料；

上述原材料的純度要盡量高，為了達到較好的潤滑作用，上述原材料的純度均在98.5％以上。

S2、將上述原材料粉末混合物置于不銹鋼坩堝中進行球磨混合；

原材料的粒度越小，球磨時間越短，并且球磨后各成分混合越均勻，有利于提高后續(xù)所形成的自潤滑復合材料層的潤滑性能。球磨工藝的主要目的是為了各粉末充分混合，并將各粉末球磨至一定顆粒。球磨后的粉末充分混合有利于后續(xù)激光熔覆等工藝加熱形成涂層中各部分成分一致。

本文一種具體實驗中原材料粒度如下：石墨粉末與MoS₂粉末粒度20μm，W粉粒度30μm，Ti粉粒度80μm，Ni粉與Cr粉粒度60μm。球磨機轉(zhuǎn)速可以為180rpm/min左右，球磨大約2小時。

S3、通過激光熔覆、化學氣相沉淀或熱噴涂技術上述球磨后的粉末混合物涂覆于零部件的配合表面形成自潤滑復合材料層。

綜合參考圖3，圖3為本發(fā)明利用激光熔覆將粉末混合物涂覆于零部件表面的工藝示意圖。

如圖4所示，圖4中示出了自潤滑復合材料通過激光熔覆技術預置于進氣門表面的示意圖。

其中，激光熔覆在帶保護氣氛四軸聯(lián)動10KW連續(xù)CO₂激光加工系統(tǒng)上進行。激光熔覆工藝參數(shù)：輸出功率3KW，束斑直徑18×1.5mm，掃描速度40±5mm/Min，涂層粉預置在進氣門10配合面(密封面)。

上述組成成分的混合粉末在激光熔覆、化學氣相沉淀或熱噴涂等工藝中，由于熱作用，部分石墨將與W、Cr、Ti分別反應形成新相碳化鎢、碳化鉻、碳化鈦，再加上的Mo元素的固溶強化，四者共同作用提高了涂層的強度。

同時，在熱作用的過程中，MoS₂與鉻發(fā)生共晶反應，生成硫化物(Cr_xS_y)，該物質(zhì)是良好的高溫固體潤滑劑，在高溫下具有良好的潤滑性能。殘留的未參加反應的單質(zhì)石墨是良好的室溫固體潤滑劑，具有良好的潤滑性能。因此該涂層不論是在室溫還是在高溫均能分別依賴單質(zhì)石墨和硫化物(Cr_xS_y)對進氣門10進行潤滑，在進氣門10表面形成潤滑膜，該潤滑膜又在其配合的氣門座圈上形成轉(zhuǎn)移膜，良性循環(huán)，不斷提供潤滑作用，這就徹底解決了進氣門10在高低溫的潤滑差的問題。

具有自潤滑復合材料層11的進氣門10不僅具有良好的耐磨性、抗氧化性，而且在高溫、低溫時具備優(yōu)良的潤滑功能，大大改善了進氣門10的潤滑情況。

本文以進氣門10與氣缸座圈配合的密封面設置有自潤滑復合材料層11為例，通過對幾種不同配比原材料形成的自潤滑復合材料層11進行了耐磨試驗，具體實驗數(shù)據(jù)如下表。

在同樣試驗參數(shù)條件下，本文還對背景技術中密封面上涂覆陶瓷增強復合涂層的進氣門進行了試驗，背景技術中的進氣門經(jīng)過4個小時候后就出現(xiàn)了磨損，即耐磨損時間為4h。而從上表中可以看出，通過本發(fā)明所提供的自潤滑復合材料層11涂覆于進氣門10表面可以大大提高進氣門10的磨損能力了，是現(xiàn)有技術所不能達到的。

另外，形成自潤滑復合材料層11的厚度可以大致為0.2mm至1mm。

圖4中給出了進氣門10密封面上自潤滑復合材料層11的形成位置，并且圖5中給出了自潤滑復合材料層11局部物質(zhì)分布圖，經(jīng)激光熔覆后自潤滑復合材料層11中包括單質(zhì)石墨11b和硫化物11a。

除此之外，進氣門10與氣門導管配合的桿段外表面也可以設置有自潤滑復合材料層11。

需要說明的是，本文中所提供的自潤滑復合材料層11不局限于應用于進氣門10中，本文僅是為了描述技術方案和技術效果的簡潔，以進氣門10為例進行相應描述。本領域內(nèi)技術人員應當理解，本文所提供的自潤滑復合材料層11可以應用于任何需要潤滑而不能使用潤滑油形成潤滑膜的所有部件的配合面，例如一些清潔能源發(fā)動機的排氣門也存在較難依靠廢氣形成潤滑膜的情況，也可以將本文中的自潤滑復合材料層11應用于排氣門的表面。

以上對本發(fā)明所提供的一種自潤滑復合材料、制備方法及自具有自潤滑功能的部件進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權利要求的保護范圍內(nèi)。