宽温域连续润滑材料的研究进展

航空、航天及核电等高新技术产业中苛刻工况下相关运动部件的润滑和耐磨问题是影响整个系统可靠性和寿命的主要因素,因此对具有宽温域连续润滑功能的新型润滑材料提出了越来越迫切的需求。文中综述了自润滑复合材料、"发汗"润滑材料、PS/PM自润滑涂层及温度"自适应"润滑涂层的研究成果,包括润滑剂及复配的选择依据、新型润滑剂对宽温域连续润滑材料组织结构、摩擦学行为、摩擦化学反应、润滑机理等的影响,并对不同润滑剂材料体系的宽温域连续润滑材料进行了系统的总结,在此基础上展望了宽温域连续润滑材料的发展趋势。     

氧化物润滑材料的研究进展

随着航空航天等高新技术装备的发展,要求相关运动部件在极高的温度下具有优异的摩擦学性能,因此开发适应极高温度的自润滑材料具有重大意义。综述了二元氧化物润滑材料和三元氧化物润滑材料用作高温固体润滑材料的研究与发展。重点介绍了含有Magnéli同源相的二元和三元氧化物润滑材料,在高温和宽温域环境下的摩擦学性能,同时也说明了通过控制材料的生长结构和缺陷形式,来生成具有高温润滑性的氧化物,成为实现材料高温润滑的一种潜在方法,并讨论了这些氧化物的结构、化学性能和电性能与其摩擦学性能的相关性。最后概括了氧化物润滑材料在工业中的应用前景,并提出了研发单一润滑材料实现室温至高温(25~1000℃)宽温域下的连续润滑成为未来的发展趋势。     

表面微织构复合固体润滑材料的摩擦学性能研究进展

为提高摩擦副之间的摩擦学性能,润滑油添加剂、低摩擦表面以及表面微织构等作为改善表面摩擦学性能的手段已得到国内外研究工作者的广泛关注并取得了一定的成果,而表面微织构复合固体润滑材料技术作为一种集成了已有各种减摩手段优点的复合技术开始被研究。 文中综述了表面微织构与固体润滑材料复合的物理和化学方法;评述了表面微织构几何形状、参数和固体润滑材料种类对复合表面摩擦学性能的影响;分析了表面微织构复合固体润滑材料的减摩机制;最后指出了该复合技术目前尚待解决的问题,并对该技术下一步的发展方向和实际应用进行了展望。     

MoS2/钴基自润滑涂层及高温摩擦学性能

采用热压烧结技术在GH4169镍合金表面制备了CoCrNi-(3.0wt%,5.0wt%,7.0wt%) MoS2三种钴基高温自润滑涂层,并优化了MoS2的含量。采用球-盘式高温摩擦试验机,与Si3N4球配副,系统研究了温度、速度与载荷对涂层高温（20~800 ℃）摩擦学性能的影响。采用X射线衍射仪和扫描电镜等分析了涂层的物相成分和微观形貌。通过热冲击实验测试涂层的结合强度。结果表明：MoS2与金属元素反应生成了固体润滑相Mo2S3和CrxSy;涂层与基底具有良好的界面结构;涂层主要由γ(fcc)、ε(hcp)、CrxNiy和固体润滑相（Mo2S3、CrxSy）构成。低温条件下,随着MoS2含量的增加涂层的摩擦系数逐渐降低,高温条件下,由于磨损表面形成了由铬酸盐、氧化物和硫化物组成的固体润滑膜,涂层具有了优异的高温减摩耐磨性能;宽温域内钴基涂层的磨损率保持在5.5×10-5 mm3N-1m-1以下,在20~600 ℃范围内其抗磨损性能比基底高4~17倍,5.0wt%的MoS2对钴基涂层的高温摩擦学性能优化效果最佳。     

基于微弧氧化技术耐磨减摩涂层的研究进展

轻金属材料(铝、镁、钛及其合金等)具有质轻、比强度高等优良性能,被广泛应用于航天航空、汽车电子、海洋工程等机械领域,但化学性质活泼易腐蚀、硬度低易磨损等性质限制了其使役寿命及使用范围。为提升轻质材料表层界面的耐腐蚀性能和摩擦学性能,微弧氧化作为有效的表面强化技术得到了广泛研究。对基于微弧氧化处理铝、镁、钛及其合金表面,并采用复合技术制备耐磨、减摩复合涂层的研究现状进行了一个系统的总结。将复合技术分为三类:第一类,前处理(机械预处理、预置膜层)+微弧氧化;第二类,微弧氧化直接复合技术(减摩复合、抗磨复合);第三类,微弧氧化+后处理(抛光、重熔、固体润滑涂层)。介绍了三类复合技术的制备工艺、注意事项,分析了其对运动摩擦副部件摩擦学性能的影响及优化方向。最后,指出了微弧氧化陶瓷膜层在摩擦学应用领域所面临的挑战,并从陶瓷膜层结构设计制备、增强韧性、降低对基体疲劳性能的影响和摩擦润滑机理等方面展望了其发展方向。     

Ag含量对NiMoAl基涂层宽温域自润滑性能的影响

为了提高运动部件在宽温域(尤其是高温)条件下的润滑和耐磨性能,采用大气等离子喷涂(APS)技术在不锈钢基材上喷涂制备了三种Ag含量分别为0、10%和30%(质量分数)的NiMoAl-Ag固体自润滑涂层。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、CSM摩擦磨损试验机、三维光学轮廓仪等设备,对涂层的组织结构和在20～800℃时的摩擦磨损机制进行了分析。结果表明:NiMoAl-Ag涂层呈现致密的显微结构和均匀的组份分布;NiMoAl-Ag涂层在20～800℃时的摩擦因数随着Ag含量的增加而显著下降,含有30%Ag的NiMoAl-Ag涂层在800℃的摩擦因数降至0.12。但是,Ag含量的增大会降低涂层在20～400℃的耐磨性;当温度进一步升高到600℃和800℃时,Ag的加入却可以明显提高涂层的耐磨性。进一步分析涂层的润滑机理表明:涂层中的Ag含量增大可以在高温摩擦界面形成液态Ag和Ag_2MoO_4润滑釉质层的协同润滑作用,使得涂层具有较低的摩擦因数和磨损率。APS制备的NiMoAl-Ag涂层具有优良的宽温域自润滑性能,通过复配合适的增强相有望提高其中低温耐磨性能,是一种极有潜力的新型宽温域耐磨自润滑涂层材料。     

等离子喷涂NiAl-V2O5/CuO复合涂层的宽温域摩擦学行为

目的 以具有较好低温润滑性能的V2O5和CuO为复合润滑相,设计并制备在宽温域下具有良好摩擦学性能的NiAl基高温润滑耐磨涂层.方法 采用大气等离子喷涂技术(APS)制备了不同配比的NiAl-V2O5/CuO复合涂层,并探究其在宽温域内(RT～800℃)的摩擦学性能.利用SEM(扫描电子显微镜)、XRD(X射线衍射仪)...     

激光熔覆自润滑复合涂层研究进展及发展趋势

结合激光熔覆自润滑涂层实例,从材料设计、制备工艺、性能优化等方面综述了激光熔覆自润滑涂层的研究现状、存在的问题及发展方向。总结了常用固体润滑材料的摩擦学性能特点,并就如何选择自润滑材料、包覆技术和宽温域润滑的研究进展进行了简要阐述。讨论了激光熔覆制备自润滑复合涂层中软质润滑相和硬质耐磨相之间的关系,以及熔覆材料成分对涂层摩擦学性能的影响。简要分析了裂纹成因及控制涂层质量的常用手段,重点探讨了激光工艺参数对涂层中润滑相体积分数和分布状态的影响,并总结了激光熔覆自润滑涂层在工程中的应用,以期为激光熔覆技术的发展提供参考。目前激光熔覆自润滑涂层的应用已初具规模,但在润滑剂的失效与防护、新材料的研究与应用、制备工艺的优化以及针对特殊环境下的摩擦磨损实验研究等方面仍存在较大发展空间。     

等离子喷涂硫化亚铁润滑层的摩擦学性能

利用等离子喷涂在 45钢表面制备了三种厚度不同的硫化亚铁固体润滑层。在QP 1 0 0摩擦磨损试验机上测定了硫化亚铁喷涂层在油润滑条件下的摩擦学性能。利用XRD分析了硫化亚铁喷涂层的相结构 ,用SEM观察了喷涂层的磨面形貌。结果表明 ,硫化亚铁喷涂层的减摩、耐磨、抗擦伤性能明显优于 45钢原始表面。     

水性二硫化钼基粘结固体润滑涂层制备及其摩擦学性能

为研制兼具环保性和良好摩擦学性能的水性粘接固体润滑涂层,以去离子水作为分散介质,水性聚酰胺酰亚胺为粘结剂,二硫化钼为润滑剂,加以适量的润湿分散剂采用油漆喷涂工艺研制水性粘结固体润滑涂层,探究了粘结剂的固化温度以及润滑剂的含量对涂层力学和摩擦学性能的影响。结果表明,当固化温度为270℃时粘结剂可以完全固化,且此时涂层具有较高的显微硬度。涂层的摩擦因数随着润滑剂与粘结剂质量比的增大逐渐降低,而显微硬度和耐磨寿命呈现出先增大后减小的趋势,当润滑剂和粘结剂的质量比为1.7时,涂层具有较高的硬度和良好的抗磨减摩性能,此时耐磨寿命达到187 m/μm,稳定阶段的摩擦因数为0.11。     

等离子喷涂典型耐磨涂层材料体系与性能现状研究

等离子喷涂作为重要的热喷涂技术之一,在零件表面强化处理与再制造损伤修复领域具有广泛的应用.由于不同机械零部件工作环境(温度、转速、腐蚀环境、润滑状况等)、基体材质及运动形式等因素存在较大的差异,因而通常需根据其具体服役工况选择最优的表面强化涂层,以满足零件表面摩擦学性能需求,提升机械装备的综合服役性能.基于此,对国内外采用等离子喷涂技术所制备的典型耐磨涂层的材料体系及涂层性能进行了详细地综述,系统介绍了组织成分、物相结构、力学性能、服役工况等因素对典型涂层(包括金属基涂层、陶瓷基涂层及多相复合涂层等)摩擦学性能的影响机理.结果表明,涂层的摩擦学性能受到涂层自身特性相关的内因(包括孔隙率、力学性能、组织成分等)和服役工况相关的外因(包括载荷、频率、润滑状态、工作介质等)的影响;典型金属基耐磨涂层包括Fe基、Ni基和Mo基涂层等,通过表面处理、后处理和工艺优化等手段,可显著改善涂层的摩擦学性能;采取不同的喷涂方式因颗粒熔化程度差异,使陶瓷基涂层产生不同的磨损程度;针对纳米、微米结构的陶瓷基涂层进行对比分析,发现纳米涂层通过吸收应力而降低磨损;复合涂层通过添加润滑相能够降低其摩擦因数、减轻涂层磨损,其中相较于单一润滑相,多组润滑相能通过发挥协同润滑效果,使涂层在不同温度区间下保持良好的耐磨性.最后,对等离子喷涂涂层耐磨性能的提升和优化方向进行了展望.     

V-Al-C-N宽温域涂层的制备及其摩擦学行为

目的 设计制备用于高速切削难加工材料的长寿命刀具涂层.方法 采用三靶磁控共溅射技术,通过改变石墨靶材的溅射功率,调控不同润滑相的配比,制备具有不同C含量的V-Al-C-N纳米复合涂层.利用纳米压痕仪和高温摩擦试验机,对涂层的力学性能和摩擦学性能进行检测.采用透射电镜和扫描电镜观察涂层的显微结构和摩擦磨损表面形貌,并分析...     

等离子喷涂 NiCoCrAlY / Al2 O3 涂层的制备及摩擦性能研究

目的制备等离子喷涂NiCoCrAlY/Al2O3高温固体润滑耐磨涂层,并研究该涂层的摩擦性能和磨损机理。方法采用喷雾造粒、化工冶金包覆和固相合金化技术制备NiCoCrAlY/Al2O3复合粉体,用等离子喷涂技术在45#钢表面制备NiCoCrAlY/Al2O3复合涂层。用SEM和XRD等手段分析粉体和涂层的显微结构和物相组成,研究涂层从室温到800℃的摩擦磨损性能,探讨NiCoCrAlY/Al2O3复合涂层在室温和高温下的磨损机理。结果 Al2O3颗粒表面均匀包覆着一层致密的NiCoCrAlY合金,包覆层厚度大约为3~5μm;等离子喷涂NiCoCrAlY/Al2O3复合涂层呈典型的层状结构,涂层各层间结合良好,涂层中孔隙率约为2.84%,主晶相为Ni Cr Al合金相和Al2O3相。涂层的摩擦系数随温度的升高逐渐降低,在室温下约为0.64,800℃时在0.4以下。高温下,金属氧化物的形成是摩擦系数降低的主要原因。涂层的磨损率随温度的升高先升高后降低。涂层在低温下为脆性断裂和磨粒磨损,高温下为氧化磨损、磨粒磨损、塑性变形和金属氧化物的转移。结论等离子喷涂NiCoCrAlY/Al2O3复合涂层是一种性能优良的高温固体润滑耐磨涂层。     

活塞环表面织构化镀层的摩擦性能研究

目的以缸套/活塞环为试验对象,研究激光织构化与固体润滑镀层的协同减摩作用。方法采用脉冲激光在活塞环表面进行微孔化处理,利用电脉冲沉积法在微孔内制备具有不同MoS_2微粒浓度的Ni-MoS_2复合镀层,通过往复式摩擦试验研究织构化表面沉积固体润滑剂对活塞环-缸套的影响机制。结果镀液中MoS_2微粒浓度对镀层的硬度和摩擦学性能影响较大,相同电流密度下,电镀液中MoS_2微粒的质量浓度为5g/L时的镀层硬度最高,该浓度下Ni-MoS_2复合镀层在干摩擦下具有最佳的摩擦系数和最低的磨损率。织构化复合镀层可以显著改善接触面间的摩擦性能,相比未织构化摩擦配副,摩擦系数降低约0.2,磨损率下降50%。结论干摩擦条件下,表面织构可以有效地储存摩擦副之间的固体润滑剂和磨粒,在接触表面形成连续润滑膜,减少磨粒磨损。     

含铜PVD硬质涂层的结构及其性能研究现状

表面摩擦和磨损是机械零部件失效和损伤的主要形式,影响和决定着材料的使用寿命。传统降低材料磨损的主要措施是采用液体润滑油,但在高温、真空和海水等环境下,润滑油脂无法充分发挥作用,PVD硬质耐磨减磨涂层成为减磨润滑材料发展的新成果,目前已得到广泛的研究和开发。在海洋工业领域,淤泥、海藻和细菌等海洋生物附着于舰船和海工装备表面,降低了船舶的抗摩擦性能和设备稳定性,影响船舶航行速度,增加船舶的燃料消耗,严重威胁着海洋航行安全。硬质防污涂层可以很好地应用于海洋装备零部件的保护。综述了将软质金属Cu引入物理气相沉积的硬质涂层,来拓展硬质涂层的功能,实现硬质涂层自润滑耐磨及抗菌防污性能的研究现状。重点介绍了Cu的引入对PVD硬质涂层结构、硬度、摩擦学行为和抗菌性能的影响,探讨了硬质涂层中Cu的减摩机理,阐明了Cu的抗菌机制,展望了含Cu物理气相沉积硬质涂层未来的发展方向和应用前景。     

Correlation of crystallization behavior and mechanical properties of thermal sprayed PEEK coating

An amorphous PEEK coating was prepared on an Al substrate by a flame spraying process. The amorphous coating was subjected to an annealing treatment under an annealing temperature from 180 to 300 °C and a holding time from 1 to 30 min. The cold crystallization behavior of the as-sprayed coating differential scanning calorimetry (DSC) and wide angle X-ray diffraction (WAXD) measurements. The hardness and tribological behavior of the coatings were investigated. Both DSC and WAXD analysis revealed that the annealed coatings exhibited a semi-crystalline structure. Coexistence of double crystal entities in annealed coatings was deduced. The annealed coatings exhibit higher hardness, lower friction coefficient and wear rate. Both the annealing temperature and holding time can benefit the coating hardness. The annealing condition in the studied range has little influence on the tribological behavior of the coatings. The variances of the coating mechanical properties were correlated with the modifications of the coating structures induced by the annealing treatments.