本发明属于金属表面处理技术领域，具体涉及激光熔覆原位自生高温自润滑耐磨复合涂层及其制备方法。
背景技术：
传统钢铁类零件常因表面磨损失效造成巨大经济损失，在易磨损零件表面制备高硬度、高耐磨性的熔覆层是延长使用寿命、修复失效部件的重要途径。通过选择激光熔覆合金，可以提高部件的表面硬度、耐磨性或耐腐蚀性，改善表面机械加工性能，还能修复因磨损而失效的零件，延长其使用寿命；因此，激光熔覆技术在表面处理领域具有良好的发展前景。
钛合金具有熔点高、密度低、比强度高、耐蚀性优异、生物相容性好等突出优点，在航空航天、生物医学等领域中得到广泛应用。但受硬度低、耐磨性差等缺点的制约，一般不能用作重要的摩擦运动副零部件。此外，很多在高温条件下承受强烈摩擦磨损作用的相对运动副零部件不仅要求具有优异的耐磨性与抗氧化性，而且由于高温条件下无法实现外加润滑剂而必须具有优异的自润滑性能。目前，针对钛合金表面性能的改善主要集中在通过提高其表面硬度来改善其耐磨性能，但同时却加剧对偶件的磨损，即对偶件的摩擦相容性或自润滑性能较差，所以不仅要有较好的耐磨性能，还要有较低的摩擦系数。由于磨损基本发生在材料或零部件的表面，采用先进的表面工程手段在其表面制备硬度高、耐磨性以及摩擦相容性好的涂层无疑具有较高的经济性和可行性。
固体润滑技术对于解决一些宇航、冶金、化工、热核工业装备等关键零部件的摩擦、磨损问题具有重要意义。然而仅依靠单一固体润滑剂无法满足宽温域范围内的低摩擦磨损，可采用固体润滑剂复合的方法，利用不同固体润滑剂之间的互补作用，以达到环境对材料摩擦性能的要求。所以，合理搭配多种固体润滑剂，利用它们协同效应以解决因温度升高而导致的零部件润滑失效问题是近年来自润滑技术的发展方向。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供激光熔覆原位自生高温自润滑耐磨复合涂层。
本发明的目的还在于激光熔覆原位自生高温自润滑耐磨复合涂层的制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
激光熔覆原位自生高温自润滑耐磨复合涂层，由包含耐磨相为基材、润滑相为添加剂组成；其中，耐磨相的含量为70-90wt％，润滑相的含量为10-30wt％。
所述的耐磨相为金属陶瓷合金，所述的金属陶瓷合金为nicr/cr3c2金属陶瓷复合粉末。
所述的nicr/cr3c2金属陶瓷复合粉末由包含以下组分和重量百分比含量的原料组成：ni14-18wt％，cr3-5wt％，cr3c279-81wt％，平均粒径为10-50um。
所述的润滑相为层状结构的固体自润滑硫化物，纯度不低于99.9wt％，平均粒径为0.8-2um。
所述的固体自润滑硫化物包含ws2，mos2，fes中的一种或两种以上组合。
激光熔覆原位自生高温自润滑耐磨复合涂层的制备方法，包含以下步骤：
(1)基体材料的预处理：基体材料为ti6al4v合金板材，预处理包括表面打磨、表面除油除锈，所述表面打磨采用1000目sic水砂纸打磨，所述表面除油除锈采用无水乙醇进行表面清洗和擦拭，然后烘干备用；
(2)预置涂层原料的准备与混合：按照所述耐磨相和润滑相重量百分比称取原料，采用机械球磨细化工艺，先将所述nicr/cr3c2金属陶瓷复合粉末球磨1-3h，然后将所述固体自润滑硫化物混合球磨2-4h得复合粉末，所述球磨转速为400-600r/min，球料比为2-4:1；
(3)预置涂层的制备：采用甲基纤维素将步骤(2)所述的复合粉末粘结预置于步骤(1)所述预处理后的基体表面，自然晾干；然后将其放入温度为50-60℃的干燥箱保温2-3h加热除湿得厚度为1-3mm的预置涂层；
(4)激光熔覆工艺：开启激光器，调节激光熔覆工艺参数，在保护气保护下，对步骤(3)中所述的预置涂层进行激光熔覆，在激光能量照射下原位自生高温自润滑耐磨复合涂层。
步骤(1)中所述的ti6al4v合金板材由包含以下组分和重量百分比含量的原料组成：al6.3wt％，v4.2wt％，fe0.11wt％，c0.03wt％，n0.03wt％，o0.15wt％，余量为ti。
所述的步骤(4)中激光器为10kw高功率横流co2激光器。
所述的步骤(4)中工艺参数包括：所述保护气为氩气，保护气压为0.5-1.0mpa，激光功率为1-4kw，扫描速度为4-8mm/s，光斑直径为3-6mm，激光能量密度为50-200j/mm3。
所述的步骤(4)中高温自润滑耐磨复合涂层包含γ-nicralti/tic高温耐磨复合涂层和γ-nicralti/tic+tiwc2/ti2cs+crs高温自润滑耐磨复合涂层；所述γ-nicralti/tic高温耐磨复合涂层由包含增强相tic和增韧相γ-nicralti固溶体组成，平均显微硬度为1100hv0.2；所述γ-nicralti/tic+tiwc2/ti2cs+crs高温自润滑耐磨复合涂层由包含增强相tic和tiwc2、增韧相γ-nicralti固溶体、金属硫化物自润滑相crs和ti2cs组成，平均显微硬度为1005hv0.2。
本发明具有如下优点：
1、本发明通过添加固体自润滑剂金属硫化物在磨损表面铺展开来形成韧性良好的润滑转移膜，使复合涂层具有综合的优异耐磨减摩性能；
2、本发明通过激光熔覆技术，利用固体自润滑剂的协同效应在基体表面原位自生高温自润滑耐磨复合涂层，解决金属合金表面磨损失效问题，提供一种低成本、高效率的部件修复方式，满足部件再制造生产的需求。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
激光熔覆原位自生高温自润滑耐磨复合涂层，由包含耐磨相为基材、润滑相为添加剂组成；其中，耐磨相的含量为70wt％，润滑相的含量为30wt％。
其中，耐磨相为金属陶瓷合金nicr/cr3c2金属陶瓷复合粉末，由包含以下组分和重量百分比含量的原料组成：ni14wt％，cr5wt％，cr3c281wt％，平均粒径为10um；润滑相为层状结构的固体自润滑硫化物ws2，纯度不低于99.9wt％，平均粒径为0.8um。
激光熔覆原位自生高温自润滑耐磨复合涂层的制备方法，包含以下步骤：
(1)基体材料的预处理：基体材料为ti6al4v合金板材，由包含以下组分和重量百分比含量的原料组成：al6.3wt％，v4.2wt％，fe0.11wt％，c0.03wt％，n0.03wt％，o0.15wt％，余量为ti；预处理包括表面打磨、表面除油除锈，所述表面打磨采用1000目sic水砂纸打磨，所述表面除油除锈采用无水乙醇进行表面清洗和擦拭，然后烘干备用；
(2)预置涂层原料的准备与混合：按照所述耐磨相和润滑相重量百分比称取原料，采用机械球磨细化工艺，先将所述nicr/cr3c2金属陶瓷复合粉末球磨1h，然后将所述固体自润滑硫化物混合球磨2h得复合粉末，所述球磨转速为400r/min，球料比为2:1；
(3)预置涂层的制备：采用甲基纤维素将步骤(2)所述的复合粉末粘结预置于步骤(1)所述预处理后的基体表面，自然晾干；然后将其放入温度为50℃的干燥箱保温2h加热除湿得厚度为1mm的预置涂层；
(4)激光熔覆工艺：开启10kw高功率横流co2激光器，调节激光熔覆工艺参数，在气压为0.5mpa的氩气保护下，对步骤(3)中所述的预置涂层进行激光熔覆，在激光能量照射下原位自生高温自润滑耐磨复合涂层；工艺参数包括：激光功率为1kw，扫描速度为4mm/s，光斑直径为3mm，激光能量密度为50j/mm3。
所述的步骤(4)中高温自润滑耐磨复合涂层包含γ-nicralti/tic高温耐磨复合涂层和γ-nicralti/tic+tiwc2/ti2cs+crs高温自润滑耐磨复合涂层；所述γ-nicralti/tic高温耐磨复合涂层由包含增强相tic和增韧相γ-nicralti固溶体组成，平均显微硬度为1100hv0.2；所述γ-nicralti/tic+tiwc2/ti2cs+crs高温自润滑耐磨复合涂层由包含增强相tic和tiwc2、增韧相γ-nicralti固溶体、金属硫化物自润滑相crs和ti2cs组成，平均显微硬度为1005hv0.2。
实施例2
激光熔覆原位自生高温自润滑耐磨复合涂层，由包含耐磨相为基材、润滑相为添加剂组成；其中，耐磨相的含量为90wt％，润滑相的含量为10wt％。
其中，耐磨相为金属陶瓷合金nicr/cr3c2金属陶瓷复合粉末，由包含以下组分和重量百分比含量的原料组成：ni18wt％，cr3wt％，cr3c279wt％，平均粒径为50um；润滑相为层状结构的固体自润滑硫化物mos2，纯度不低于99.9wt％，平均粒径为2um。
激光熔覆原位自生高温自润滑耐磨复合涂层的制备方法，包含以下步骤：
(1)基体材料的预处理：基体材料为ti6al4v合金板材，由包含以下组分和重量百分比含量的原料组成：al6.3wt％，v4.2wt％，fe0.11wt％，c0.03wt％，n0.03wt％，o0.15wt％，余量为ti；预处理包括表面打磨、表面除油除锈，所述表面打磨采用1000目sic水砂纸打磨，所述表面除油除锈采用无水乙醇进行表面清洗和擦拭，然后烘干备用；
(2)预置涂层原料的准备与混合：按照所述耐磨相和润滑相重量百分比称取原料，采用机械球磨细化工艺，先将所述nicr/cr3c2金属陶瓷复合粉末球磨3h，然后将所述固体自润滑硫化物混合球磨4h得复合粉末，所述球磨转速为600r/min，球料比为4:1；
(3)预置涂层的制备：采用甲基纤维素将步骤(2)所述的复合粉末粘结预置于步骤(1)所述预处理后的基体表面，自然晾干；然后将其放入温度为60℃的干燥箱保温3h加热除湿得厚度为3mm的预置涂层；
(4)激光熔覆工艺：开启10kw高功率横流co2激光器，调节激光熔覆工艺参数，在气压为1.0mpa的氩气保护下，对步骤(3)中所述的预置涂层进行激光熔覆，在激光能量照射下原位自生高温自润滑耐磨复合涂层；工艺参数包括：激光功率为4kw，扫描速度为8mm/s，光斑直径为6mm，激光能量密度为200j/mm3。
所述的步骤(4)中高温自润滑耐磨复合涂层包含γ-nicralti/tic高温耐磨复合涂层和γ-nicralti/tic+tiwc2/ti2cs+crs高温自润滑耐磨复合涂层；所述γ-nicralti/tic高温耐磨复合涂层由包含增强相tic和增韧相γ-nicralti固溶体组成，平均显微硬度为1100hv0.2；所述γ-nicralti/tic+tiwc2/ti2cs+crs高温自润滑耐磨复合涂层由包含增强相tic和tiwc2、增韧相γ-nicralti固溶体、金属硫化物自润滑相crs和ti2cs组成，平均显微硬度为1005hv0.2。
实施例3
激光熔覆原位自生高温自润滑耐磨复合涂层，由包含耐磨相为基材、润滑相为添加剂组成；其中，耐磨相的含量为80wt％，润滑相的含量为20wt％。
其中，耐磨相为金属陶瓷合金nicr/cr3c2金属陶瓷复合粉末，由包含以下组分和重量百分比含量的原料组成：ni16wt％，cr4wt％，cr3c280wt％，平均粒径为25um；润滑相为层状结构的固体自润滑硫化物fes，纯度不低于99.9wt％，平均粒径为1um。
激光熔覆原位自生高温自润滑耐磨复合涂层的制备方法，包含以下步骤：
(1)基体材料的预处理：基体材料为ti6al4v合金板材，由包含以下组分和重量百分比含量的原料组成：al6.3wt％，v4.2wt％，fe0.11wt％，c0.03wt％，n0.03wt％，o0.15wt％，余量为ti；预处理包括表面打磨、表面除油除锈，所述表面打磨采用1000目sic水砂纸打磨，所述表面除油除锈采用无水乙醇进行表面清洗和擦拭，然后烘干备用；
(2)预置涂层原料的准备与混合：按照所述耐磨相和润滑相重量百分比称取原料，采用机械球磨细化工艺，先将所述nicr/cr3c2金属陶瓷复合粉末球磨2h，然后将所述固体自润滑硫化物混合球磨3h得复合粉末，所述球磨转速为500r/min，球料比为3:1；
(3)预置涂层的制备：采用甲基纤维素将步骤(2)所述的复合粉末粘结预置于步骤(1)所述预处理后的基体表面，自然晾干；然后将其放入温度为55℃的干燥箱保温2.5h加热除湿得厚度为2mm的预置涂层；
(4)激光熔覆工艺：开启10kw高功率横流co2激光器，调节激光熔覆工艺参数，在气压为0.8mpa的氩气保护下，对步骤(3)中所述的预置涂层进行激光熔覆，在激光能量照射下原位自生高温自润滑耐磨复合涂层；工艺参数包括：激光功率为2kw，扫描速度为6mm/s，光斑直径为4mm，激光能量密度为100j/mm3。
所述的步骤(4)中高温自润滑耐磨复合涂层包含γ-nicralti/tic高温耐磨复合涂层和γ-nicralti/tic+tiwc2/ti2cs+crs高温自润滑耐磨复合涂层；所述γ-nicralti/tic高温耐磨复合涂层由包含增强相tic和增韧相γ-nicralti固溶体组成，平均显微硬度为1100hv0.2；所述γ-nicralti/tic+tiwc2/ti2cs+crs高温自润滑耐磨复合涂层由包含增强相tic和tiwc2、增韧相γ-nicralti固溶体、金属硫化物自润滑相crs和ti2cs组成，平均显微硬度为1005hv0.2。
实施例4
激光熔覆原位自生高温自润滑耐磨复合涂层，由包含耐磨相为基材、润滑相为添加剂组成；其中，耐磨相的含量为88wt％，润滑相的含量为15wt％。
其中，耐磨相为金属陶瓷合金nicr/cr3c2金属陶瓷复合粉末，由包含以下组分和重量百分比含量的原料组成：ni16wt％，cr4wt％，cr3c280wt％，平均粒径为25um；润滑相为层状结构的固体自润滑硫化物ws2和mos2的混合物，纯度不低于99.9wt％，平均粒径为1.0um。
激光熔覆原位自生高温自润滑耐磨复合涂层的制备方法，包含以下步骤：
(1)基体材料的预处理：基体材料为ti6al4v合金板材，由包含以下组分和重量百分比含量的原料组成：al6.3wt％，v4.2wt％，fe0.11wt％，c0.03wt％，n0.03wt％，o0.15wt％，余量为ti；预处理包括表面打磨、表面除油除锈，所述表面打磨采用1000目sic水砂纸打磨，所述表面除油除锈采用无水乙醇进行表面清洗和擦拭，然后烘干备用；
(2)预置涂层原料的准备与混合：按照所述耐磨相和润滑相重量百分比称取原料，采用机械球磨细化工艺，先将所述nicr/cr3c2金属陶瓷复合粉末球磨2h，然后将所述固体自润滑硫化物混合球磨4h得复合粉末，所述球磨转速为500r/min，球料比为3:1；
(3)预置涂层的制备：采用甲基纤维素将步骤(2)所述的复合粉末粘结预置于步骤(1)所述预处理后的基体表面，自然晾干；然后将其放入温度为55℃的干燥箱保温3h加热除湿得厚度为1.5mm的预置涂层；
(4)激光熔覆工艺：开启10kw高功率横流co2激光器，调节激光熔覆工艺参数，在气压为0.5mpa的氩气保护下，对步骤(3)中所述的预置涂层进行激光熔覆，在激光能量照射下原位自生高温自润滑耐磨复合涂层；工艺参数包括：激光功率为2kw，扫描速度为4mm/s，光斑直径为3mm，激光能量密度为150j/mm3。
所述的步骤(4)中高温自润滑耐磨复合涂层包含γ-nicralti/tic高温耐磨复合涂层和γ-nicralti/tic+tiwc2/ti2cs+crs高温自润滑耐磨复合涂层；所述γ-nicralti/tic高温耐磨复合涂层由包含增强相tic和增韧相γ-nicralti固溶体组成，平均显微硬度为1100hv0.2；所述γ-nicralti/tic+tiwc2/ti2cs+crs高温自润滑耐磨复合涂层由包含增强相tic和tiwc2、增韧相γ-nicralti固溶体、金属硫化物自润滑相crs和ti2cs组成，平均显微硬度为1005hv0.2。
实施例5
激光熔覆原位自生高温自润滑耐磨复合涂层，由包含耐磨相为基材、润滑相为添加剂组成；其中，耐磨相的含量为70-90wt％，润滑相的含量为10-30wt％。
其中，耐磨相为金属陶瓷合金nicr/cr3c2金属陶瓷复合粉末，由包含以下组分和重量百分比含量的原料组成：ni16wt％，cr4wt％，cr3c280wt％，平均粒径为25um；润滑相为层状结构的固体自润滑硫化物ws2、mos2和fes的混合物，纯度不低于99.9wt％，平均粒径为1.0um。
激光熔覆原位自生高温自润滑耐磨复合涂层的制备方法，包含以下步骤：
(1)基体材料的预处理：基体材料为ti6al4v合金板材，由包含以下组分和重量百分比含量的原料组成：al6.3wt％，v4.2wt％，fe0.11wt％，c0.03wt％，n0.03wt％，o0.15wt％，余量为ti；预处理包括表面打磨、表面除油除锈，所述表面打磨采用1000目sic水砂纸打磨，所述表面除油除锈采用无水乙醇进行表面清洗和擦拭，然后烘干备用；
(2)预置涂层原料的准备与混合：按照所述耐磨相和润滑相重量百分比称取原料，采用机械球磨细化工艺，先将所述nicr/cr3c2金属陶瓷复合粉末球磨1h，然后将所述固体自润滑硫化物混合球磨2h得复合粉末，所述球磨转速为600r/min，球料比为4:1；
(3)预置涂层的制备：采用甲基纤维素将步骤(2)所述的复合粉末粘结预置于步骤(1)所述预处理后的基体表面，自然晾干；然后将其放入温度为60℃的干燥箱保温2h加热除湿得厚度为3mm的预置涂层；
(4)激光熔覆工艺：开启10kw高功率横流co2激光器，调节激光熔覆工艺参数，在气压为1.0mpa的氩气保护下，对步骤(3)中所述的预置涂层进行激光熔覆，在激光能量照射下原位自生高温自润滑耐磨复合涂层；工艺参数包括：激光功率为4kw，扫描速度为8mm/s，光斑直径为6mm，激光能量密度为200j/mm3。
所述的步骤(4)中高温自润滑耐磨复合涂层包含γ-nicralti/tic高温耐磨复合涂层和γ-nicralti/tic+tiwc2/ti2cs+crs高温自润滑耐磨复合涂层；所述γ-nicralti/tic高温耐磨复合涂层由包含增强相tic和增韧相γ-nicralti固溶体组成，平均显微硬度为1100hv0.2；所述γ-nicralti/tic+tiwc2/ti2cs+crs高温自润滑耐磨复合涂层由包含增强相tic和tiwc2、增韧相γ-nicralti固溶体、金属硫化物自润滑相crs和ti2cs组成，平均显微硬度为1005hv0.2。
通过对上述实施例制备的激光熔覆原位自生高温自润滑耐磨复合涂层进行测试试验可知，随着润滑相的增加熔覆层的硬度有所下降，摩擦系数逐渐下降，磨损率先增后减，当固体自润滑硫化物为13-15wt％时，摩擦性能较好；从室温到600℃条件下，由于增强相tic、tiwc2和自润滑相crs、ti2cs的综合效应，激光熔覆γ-nicralti/tic+tiwc2/crs+ti2cs复合涂层的摩擦系数和磨损率均比基体材料ti6al4v合金降低，说明涂层具有良好的自润滑耐磨性能。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。