低表面能氟碳聚合物涂层真空热循环及防爬移特性研究

低表面能氟碳聚合物涂层是一种抑制空间用油脂润滑剂爬移流失的关键材料，该材料的应用可为空间油脂润滑活动机构实现长寿命、高可靠运行提供技术保障。采用水接触角测试仪、X射线荧光能谱仪、光学显微镜等对自研的氟碳聚合物涂层进行了真空热循环前后的接触角、表面能变化以及对多烷基环戊烷（MACs）润滑油防爬移特性的研究。结果表明，9Cr18不锈钢、2A12铝合金和TC4钛合金三种不同金属基体表面涂覆聚合物涂层后的表面能分别为8.797 mN/m、9.083 mN/m和9.203 mN/m；在温度-45～+90℃下，经过30天、60次真空热循环后，涂层的表面能分别为8.915 mN/m、9.209 mN/m和9.266 mN/m，仍然较低。涂层与MACs润滑油之间存在明显界面，涂层上距离润滑油200μm界面处的XPS分析未发现MACs润滑油的特征峰，表明没有润滑油爬移扩散至涂层处，低表面能氟碳聚合物涂层对MACs润滑油能够起到有效的“防爬移”作用。     

真空-紫外辐照对SiO2/MoS2/酚醛环氧树脂涂层摩擦学性能的影响

为了研究真空-紫外辐照对润滑涂层的影响,采用地面模拟装置对添加SiO2前后的MoS2/酚醛环氧树脂涂层进行辐照,考察了辐照前后涂层的摩擦学性能.结果表明,真空-紫外辐照使涂层的摩擦系数、耐磨性分别呈降低、增强趋势.此外,SiO3的添加在一定程度上提高了复合涂层的摩擦学性能和抗紫外辐照性能.     

无铬达克罗润滑防腐蚀封闭涂层的制备与性能研究

为提高无铬达克罗涂层的润滑及耐蚀性能,采用片状铝粉为填料,PTFE为润滑填料,硅烷A-187为成膜物,制备了一种应用于无铬达克罗涂层表面的水性无铬润滑封闭涂层.通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)测试、中性盐雾试验、动电位极化曲线测试和电化学阻抗分析等手段对涂层的表面形貌、成分及耐蚀性能进行了表征.结果表明:制备的水性无铬润滑封闭涂层与无铬达克罗涂层结合良好,涂装后表面均匀且致密;复合涂层(无铬达克罗涂层+水性无铬润滑封闭涂层)防护体系经960 h盐雾试验后,表面无红锈产生;复合涂层与单层无铬达克罗涂层相比,腐蚀电位正移,腐蚀电流降低,腐蚀电阻增加,表明复合涂层具有较好的耐蚀性能.     

水工环境下环氧树脂防护修复材料耐老化性能和服役寿命评价的研究进展

在水利水电工程中，环氧树脂广泛应用于水工建筑物表面防护和修复处理。然而，随着服役时间的延长，环氧树脂防护修复材料逐渐发生老化失效问题，尤其长期处于紫外、湿热等水工环境下其耐老化性能和服役寿命面临巨大挑战。综述了环氧树脂防护修复材料的耐老化性能试验方法及规范、耐老化性能评价指标和涂层寿命预测方法的研究现状，提出了未来的重点研究方向。     

航天器镁合金防腐-热控一体化涂层性能研究

以航天器镁合金防腐-热控一体化涂层为研究对象,分别通过盐雾试验、湿热试验和空间环境辐照试验(包括真空-紫外辐照、真空-质子辐照和真空-电子辐照)研究了涂层防腐性能和空间环境稳定性。结果表明以氟化羟基树脂和六亚甲基二异氰酸酯三聚体交联反应制得的脂肪族聚氨酯为粘结剂,制备的热控涂层具有耐湿热504h,耐盐雾腐蚀1008h的防腐性能,盐雾环境对α_S有一定影响,Δα_S为0.02;真空-紫外辐照、真空-质子辐照对α_S有一定影响,Δα_S分别为0.03和0.04;真空-紫外辐照、真空-质子辐照、真空-电子辐照均对热控涂层ε_H影响不明显,热控涂层高发射率热控特性在空间环境中稳定性好。     

润滑材料的空间环境效应

卫星、人造飞船、空间实验室、空间站等航天器涉及诸多的机械运动部件,润滑材料和润滑技术是空间机械运动部件长期可靠工作的关键,对于降低机械运动部件的摩擦磨损、延长其工作寿命发挥着重要作用。在空间环境条件下,润滑材料可能会面临高真空、极端温度、温度交变、原子氧、紫外/质子/电子辐射、微陨石及空间碎片等苛刻环境因素,上述空间环境因素可能会引起润滑材料结构、组分的变化及其性能的堕化,从而导致机械运动部件的润滑失效。主要综述了目前常用的空间润滑材料及各种空间环境因素对润滑材料的影响,着重探讨了真空、极端温度及原子氧辐照对润滑材料的影响,并对空间润滑材料的研究进行了展望。     

真空-紫外线对空间材料降解的研究进展

综述了真空-紫外线的空间环境效应及真空-紫外线对空间材料的降解作用.真空-紫外线辐射使材料表面粗糙度增大,表面成分、结构发生变化,机械性能和光学性能下降,同时真空-紫外还可以与原子氧产生协同效应,加速材料的降解.     

高温固体自润滑涂层的制备及可靠性的研究进展

高温固体自润滑涂层能够在高温环境为摩擦副界面提供高性能的固体润滑膜,解决了高温环境下传统润滑油脂失效的问题,确保摩擦副在高温环境中可靠工作,并降低了能量损耗,近年来成为摩擦学领域研究的热点问题之一,并得到了快速发展。但是,在30～400℃时,诸多高温固体自润滑剂的减摩性能弱,摩擦系数较高。因此,国内外该领域科学家期望获得在30～1 000℃范围内摩擦学系数低、性能良好的高性能复合型固体自润滑涂层,其主要由基础相、润滑相和增强相组成,且它们的共同作用提供涂层在高温环境下的润滑能力。最近的研究显示,金属三元氧化物基高温自润滑涂层——主要以过渡族金属三元氧化物为基础相,由含有Magnéli同源相的二元和三元氧化物润滑材料发展而来的新型高温固体自润滑材料,逐渐成为解决高温域自润滑问题的首选材料。对此,围绕高温固体自润滑涂层的工程应用,发现其面临三个方面的挑战:(1)高性能复合固体自润滑涂层的体系设计;(2)适应复杂结构的可靠制备工艺;(3)服役期间的寿命可靠性评估。针对以上三个方面的问题,本文从高温自润滑涂层的设计体系、制备工艺发展、可靠性评估三个层面进行了综述,期望为高可靠性高温自润滑涂层的制备提供技术支持。首先是在设计体系方面,发现高温固体自润滑涂层不但要满足传统固体自润滑涂层包含基础相、润滑相和增强相及其共同作用提供自润滑的要求,还要满足高温环境的特殊要求。其次,科学家们期望获得制备高性能高温固体自润滑涂层的可靠工艺,但是均受到了工艺简便性与适应能力以及高温零部件结构表面复杂度等问题的限制,从而难以实现工程化。根据高温自润滑涂层的设计要求,在梳理介绍高温固体自润滑涂层的工艺中,发现高压高超音速喷涂技术在此领域具有一定的技术便捷性,可实现高温固体自润滑涂层的工程化。再次,分析梳理了高温自润滑涂层在服役周期内的寿命可靠性评估进展。研究发现,高温固体自润滑涂层的服役寿命逐渐从实验统计分析、应力与涂层结构之间的关联影响,向结合涂层微观界面与宏观性能的跨尺度结合的数值分析发展,这将为高可靠性高温固体自润滑涂层的制备和服役寿命评估信息化提供技术支持。     

空间摆动电机固体润滑轴承寿命试验研究

为验证红外地球敏感器标定组件摆动电机固体润滑轴承设计寿命是否满足在轨10年的指标要求,对2套标定组件进行了地面真空寿命试验验证。寿命试验结束后对标定组件性能进行复测,并对轴承内外圈滚道、滚珠表面进行扫描电镜和能谱仪元素成分分析。测试结果表明,标定组件寿命试验期间运行正常,电机电流稳定在0.16～0.18 A,摆动电机累计运行寿命超过10年。轴承显微分析结果表明,轴承内外圈滚道、滚珠表面状态良好,无明显点蚀、磨损现象产生,轴承内外圈运动副表面均含有MoS_2润滑膜,表明固体润滑状态较好。标定组件寿命试验结果验证了固体润滑方式可满足摆动电机轴承10年寿命要求,可为其它采用固体润滑微小轴承的空间摆动式转动部件长寿命设计提供参考依据。     

新一代环氧润滑耐磨涂层研制与应用中需解决的若干问题

采用粘涂技术在零件表面制备固体润滑耐磨涂层的方法在润滑减摩方面有着广泛的应用,环氧润滑耐磨涂层以其独有的优势在该领域内占据主要地位.材料科学、表面技术及计算机分析技术的发展,为新一代环氧润滑耐磨涂层的研制提供了良好的基础.开发新的涂层材料、优化涂层厚度和涂层结构、完善与开发新的涂层工艺、实现固/液润滑相互促进是提高新一代环氧润滑耐磨涂层工作性能的重要途径.     

热循环、真空紫外辐照对Al/Kapton薄膜的损伤效应

在空间环境地面模拟设备中模拟热循环、真空紫外辐照等低地球轨道空间环境对Al/Kapton薄膜的损伤效应.利用原子力显微镜、紫外可见分光光度计对试验前后试样的表面形貌、光学参数等性能进行了分析.结果表明,热循环、真空紫外辐照使Al/Kapton薄膜试样产生质量损失,表面形貌发生不同程度的改变,在紫外可见波段的反射率下降明显.     

空间对接锁系表面强化及润滑处理技术

为了改善空间对接锁系在空间环境中的抗磨损和防冷焊性能,采用等离子体浸没离子注入与沉积技术在钛合金零部件表面制备类金刚石碳膜(DLC)。通过摩擦磨损试验、划痕试验、压痕试验来表征DLC膜的摩擦性能、膜-基结合力及显微硬度。结果表明,经复合强化制备的DLC膜摩擦系数低于0.15、磨损率为1.7×10-7mm3/N·m、膜-基结合力达256 mN、显微硬度为21 GPa,能够有效地提高航天用钛合金零件的使用性能。采用DLC膜和Braycote 601EF真空润滑脂的固体-油脂复合润滑方式来进一步改善DLC膜在空间应用性能,试验证实该项技术可满足空间对接锁系零部件的抗磨损、防冷焊需求。     

TiAl合金表面TiAlCrY/YSZ涂层高温长时间服役性能

TiAl合金具有低密度、高比强度的优异性能,是一种潜在的航空发动机用结构材料。TiAl合金的服役温度范围为700～900℃,在其表面制备高温热防护涂层可以进一步提高服役温度。本研究采用等离子喷涂技术在TiAl合金表面制备了新型TiAlCrY/YSZ涂层,并与传统的NiCrAlY/YSZ热障涂层进行高温长时间服役性能对比研究。结果发现, TiAlCrY/YSZ涂层在1100℃空气环境中服役300 h保持完好,表现出良好的高温性能,而NiCrAlY/YSZ涂层在1100℃的服役寿命不足100 h。显微分析结果表明, TiAlCrY黏结层表面会形成一层连续且致密的TGO,其主要成分为Al2O3,与YSZ涂层的界面兼容性良好。并且TGO在1100℃空气环境中服役300 h后,厚度仍<8μm。以上研究表明,与传统NiCrAlY/YSZ热障涂层相比, TiAlCrY/YSZ更适合作为TiAl合金表面的高温热防护涂层。     

大气等离子喷涂环境障涂层镀Al表面改性

陶瓷基复合材料(CMC)由于具有较低的密度(高温合金的1/3～1/4)、较高的服役温度(比高温合金高200～240℃)以及良好的结构强度(高温合金的2倍),已成为未来大推重比航空发动机热端部件的首选材料。发动机服役过程中,热端部件完全暴露于空气气氛中,服役环境恶劣,以Si C/Si C为代表的CMC部件直接面临着腐蚀、烧蚀、冲刷等问题,因此急需开展一类高性能CMC热防护涂层即环境障涂层(EBCs)的研究。通过大气等离子喷涂在SiC/SiC CMC基体表面制备硅/莫来石/硅酸镱(Yb2SiO5)三层结构EBCs。为提高EBCs服役性能,对涂层样品进行镀Al表面改性即采用磁控溅射技术在涂层表面镀Al全包覆,然后对其进行真空热处理。在高温低真空下,涂层表面Al膜发生熔融并在毛细管力的作用下往多孔涂层内部渗透并与Yb_2SiO_5发生原位反应,在涂层表面形成一层致密α-Al_2O_3层。对喷涂态及镀Al表面改性涂层进行典型模拟服役环境性能对比实验,发现镀Al表面改性EBCs具有较好的抗高温水氧及耐CMAS(CaO-MgO-Al_2O_3-Si O_2)腐蚀性能。另外,通过实验观察,原位形成的α-Al_2O_3致密层对涂层的热循环性能无明显影响。     

环氧树脂粘接润滑涂层摩擦学特性

为研究环氧树脂粘接固体润滑涂层的摩擦磨损性能及机理,采用端面摩擦磨损试验机在干摩擦变载荷条件下进行了该涂层的摩擦磨损性能试验与分析,结果表明,试验初期涂层表面的环氧树脂与钢对偶件直接接触,减摩润滑效果不佳;随着载荷的增加与时间的延长,涂层表面逐渐形成固体润滑保护薄膜以及在对偶件表面形成转移润滑层,涂层进入稳定摩擦磨损阶段并显示出优异的减摩润滑性能;当载荷超过涂层承载能力时,涂层表面磨损加剧,直至涂层剥落、失效。     

固体润滑轴承用9Cr18不锈钢离子注入与磁控溅射改性真空摩擦学研究

为了提高空间固体润滑滚动轴承耐磨寿命,采用全方位离子注入和磁控溅射技术对空间固体润滑轴承用9Cr18材料进行耐磨减摩表面改性研究。首先对9Cr18不锈钢试样表面注入N+、Ti+、Ti++N+,对离子注入后试样采用磁控溅射技术沉积MoS2-Ti薄膜。通过测试注入前后试样粗糙度及硬度,评价不同注入离子及无离子注入不同基底材料下溅射MoS2-Ti薄膜的附着力、真空摩擦学、薄膜磨损率等性能。结果表明离子注入通过提高9Cr18不锈钢基底硬度,能够提高复合改性后9Cr18不锈钢材料真空摩擦学性能20%。     

复合材料孔板疲劳寿命环境影响的试验研究

为研究环境因素对T300/QY8911疲劳性能的影响,开展了T300/QY8911含中心孔层压板疲劳试验.试验中分别采用无紫外无涂层试件、紫外无涂层试件、紫外有涂层试件测试其拉-拉疲劳寿命,并通过对试验结果的方差分析研究了有无涂层、紫外辐射及湿度等环境因素对T300/QY8911复合材料孔板拉-拉疲劳寿命影响的显著性.研究表明:无涂层、300MJ/m2紫外照射量时,湿度对试件疲劳寿命影响高度显著;干燥、无涂层时,有无紫外照射对试件疲劳寿命影响高度显著;湿润、600MJ/m2紫外照射量时,有无涂层对试件寿命影响显著.     

船舶螺旋桨表面防护涂层性能研究

空泡腐蚀及海生物污损是制约螺旋桨推进性能发挥的主要障碍.本工作结合实验室性能评价及实船应用研究对设计制备的螺旋桨防护涂层进行了综合性能的考察.在实验室内对螺旋桨防护涂层进行了表面形貌的观察、表面能的计算及表面粗糙度的测量,与传统的自抛光防污涂层相比,螺旋桨防护涂层具有更加平滑的表面.抗空蚀试验表明,经过100 h对冲,螺旋桨防护涂层表面仅有轻微失光,且失重小于5 mg.水动力性能测试结果表明涂覆螺旋桨防护涂层后对水动力性能无影响.16个月的实船应用结果表明,螺旋桨防护涂层整体应用效果良好,仅导边处有小面积区域涂层破损,但无膜下扩散现象,表面附着的污损生物可轻易被高压水冲掉.研究结果表明,螺旋桨防护涂层对保障螺旋桨推进效率,延长其服役寿命具有重要意义.     

“表面工程技术”专刊序言

<正>表面工程技术是通过表面预处理、改性、镀膜/涂覆或多种表面技术复合处理，改变零件表面的形态、化学成分、组织结构，以获得表面所需性能的系统工程。先进表面工程技术是多学科、多技术交叉、融合、集成的学科，是先进制造领域的重要前沿技术，其中，采用真空镀膜技术制备功能镀膜/涂层和防护薄膜/涂层在国防和民用高端技术领域应用广泛。随着航天器向轻量化、大面积、高性能、多功能、长寿命和高可靠方向发展，基于真空溅射沉积等先进薄膜制备技术的热控、润滑耐磨、光学、防护薄膜等越来越多地应用到航天器中，为航天器长寿命稳定运行保驾护航。     

电弧离子镀NiCoCrAlYTa涂层制备及其高温防护性能研究

为进一步提升高温合金材料的服役性能,利用真空阴极电弧离子镀技术在DZ22B高温合金上沉积NiCoCrAlYTa涂层,研究涂层对基材力学性能的影响和高温性能等.采用扫描电镜观察膜层表面和截面形貌,用X射线衍射仪分析涂层的物相组成,用万能试验机检测室温拉伸性能和高温光滑持久强度性能.结果表明:所沉积的NiCoCrAlYTa...