热喷涂高温自润滑涂层研究现状

鉴于现代高技术装备用高温润滑涂层的服役温度越来越高、条件越来越复杂,且对高可靠性及长寿命等方面的要求日益苛刻,亟需研究新型高温自适应润滑涂层材料在其服役条件下的环境适应性和稳定性。综述了目前国内外对该类涂层的组分设计和相关制备技术,重点分析了利用热喷涂技术制备高温自润滑涂层的研究现状,并从制备工艺和涂层组分调控方面阐述了该类涂层研究取得的成果和存在的问题。提出未来针对热喷涂高温自润滑涂层的制备应利用先进的喷涂设备,选用物相组分相近的喷涂粉末,并结合组分设计调控,以涂层具有良好的涂基力学性能、耐腐蚀性能、抗高温氧化性能为前提,使涂层在高温环境下可借助摩擦物理或摩擦化学过程,来赋予其良好的高温自润滑性能,重点研究涂层的组分构效关系和综合应用性能。运用材料氧化热力学-动力学理论,从涂层"高温力学-高温摩擦学-耐高温稳定性"三方面来考核材料的综合使役性能,并探讨其高温润滑摩擦机理。     

铜基自润滑涂层的研究进展

相比于传统的润滑油、润滑脂,固体润滑剂能够满足极端条件下的润滑要求.向铜基体中掺入固体润滑剂、合适的增强相颗粒,能形成铜基自润滑复合涂层,可以显著提高铜基涂层的减摩耐磨性.在国内外铜基自润滑复合涂层已有研究的基础上,首先综述了铜基自润滑复合涂层的材料体系,即常用固体润滑剂和增强相的适用范围及其作用机理.润滑性能与强度配合协调的问题是铜基自润滑涂层的一个研究关键.然后介绍了制备铜基自润滑复合涂层的传统"热"技术,如粉末冶金、激光熔覆、热喷涂等,但都具有一定的局限性.对比发现,"低温"条件下进行的冷喷涂技术,在制备铜基自润滑涂层方面具有传统涂层制备技术不可替代的优势,可有效克服"热"技术问题,拥有极大的潜在应用价值.要获得厚度大、结合强度高、自润滑性能好且能适应复杂严苛服役环境的涂层,面临着巨大挑战,所以急需研发多润滑相/增强相新型涂层,或尝试冷喷涂复合加工技术.     

自润滑金属复合材料涂层

自润滑金属复合材料涂层利用金属材料的耐热耐磨性与具有高度润滑性能的材料相复合，在材料表面形成含有润滑的金属基复合材料涂层，使材料表面既具有金属材料良好的机械性能与耐磨性，又具有优良的减磨自润滑性。在机械运动要求润滑但又难以添加润滑剂或不允许有润滑的场合，如高温、     

石墨在热喷涂耐磨材料中的自润滑机理

通过对铜基热喷涂耐磨材料铜镍铝-石墨（CuNiAl-C）进行摩擦磨损试验研究以及表面形貌观察，发现在热喷涂料中加入石墨可以有效减小铜镍铝材料的摩擦系统，增加材料的耐磨性以及减小对偶件的磨损。本试验中石墨含量为6%时，该材料的综合摩擦性能最好。     

高强度自润滑涂层PM304的制备

通过高能球磨与粉末冶金技术制备高强度自润滑PM304涂层,PM304涂层相对密度达到93%、抗拉伸强度达47 MPa,相比等离子喷涂制备的PS304涂层,相对密度与抗拉伸强度明显提高.并且,涂层中的自润滑成分尺寸细小且分布均匀,其中Cr2O3粒子尺寸为100 nm左右,BaF2/CaF2粒子为1 μm左右.     

自润滑涂层的研究现状及发展趋势

0引言 现代机器与机构的运转速度和负荷急剧增高,宇航、核能、军工、低温技术的发展,食品、制药等行业对安全、卫生的要求,使得许多工况条件都要处于无油润滑或少油润滑状态。此时,自润滑材料就显示了独特的优越性。     

镍基自润滑涂层的制备及拉伸结合强度研究

采用等离子喷涂与粉末冶金方法分别制备了PS304、PM304镍基自润滑涂层,并对涂层的组织、拉伸结合强度进行了研究。结果表明:采用等离子喷涂制备的PS304涂层组织粗大、孔隙率高、润滑相与强化相分布不均匀。而采用高能球磨与真空烧结技术制备的PM304涂层组织均匀、致密、粒子明显细化。拉伸试验表明:PS304的拉伸结合强度较低,拉伸断口不仅出现在涂层与基底的结合处、也出现在涂层内部;而PM304的拉伸结合强度较高,涂层与基底之间结合良好、结合方式为冶金结合,拉伸断口主要出现在涂层内部。PM304涂层拉伸强度增大的原因主要为:(1)致密度提高;(2)尖锐孔隙数量降低;(3)Ag与Ni Cr之间形成冶金结合;(4)Ni Cr基体中析出粒子的弥散强化作用使得Ni Cr基体强度提高。     

热镀锌无铬自润滑涂层及性能试验研究

目的 改善热镀锌板成形条件,减少冲压成形工序.方法 研发了一种热镀锌自润滑板,采用扫描电镜研究了热镀锌自润滑涂层的微观结构及成分,采用X射线荧光光谱仪测量了膜重.通过中性盐雾试验、摩擦系数测定、烘烤前后色差变化、涂敷凡士林后色差变化等方法,研究了涂层膜厚对耐蚀性、自润滑性、耐热性、耐指纹性、耐水性的影响,并得出最佳性能的膜层厚度控制范围.结果 自润滑膜层为一种有机-无机混合的致密环保涂层,其在NSST/72 h条件下锈蚀面积小于5％,摩擦系数小于0.10,涂敷凡士林后色差变化值小于1,具有良好的自润滑性、耐蚀性、耐指纹性、耐水性等性能,满足用户的冲压成形条件.结论 自润滑涂层的耐蚀性、耐热性、耐指纹性、耐水性等性能均已达到,甚至超越了现有无铬钝化的水平.涂层自润滑性、耐蚀性、耐指纹性随膜厚的增加而增强,耐热性随膜厚的增大而变差,膜厚对耐水性无明显影响.控制涂层膜厚为0.9～1.6g/m2,可确保涂层具有更加优良的稳定的自润滑性、耐蚀性和耐热性.     

火焰喷涂自润滑涂层结合强度研究

选用镍包石墨粉末,采用氧-乙炔焰喷涂技术制备镍包石墨自润滑涂层.通过正交试验优化设计方案,采用拉伸试验测定涂层的结合强度,找出了涂层结合强度较好时的最佳喷涂工艺参数:氧气压力0.5MPa、空气压力0.4MPa、乙炔气压力0.1 MPa、喷涂距离100mm.在该参数下火焰喷涂自润滑涂层结合强度为6.3MPa,符合自润滑涂层结合强度的要求.     

钛合金表面自润滑陶瓷涂层的组织及耐磨性能研究

目的 研究不同成分体系自润滑陶瓷涂层的耐磨性能。方法 采用激光表面合金化技术,通过预置B4C和石墨混合合金化粉末的方式,在Ti-6Al-4V合金表面制备具有自润滑功能的TiB2-TiC陶瓷涂层,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜+能谱仪、维氏硬度计、摩擦磨损试验机分别分析涂层物相、组织结构、微区成分、硬度以及摩擦学特性。结果 TiB2-TiC自润滑陶瓷涂层无裂纹、孔洞等凝固缺陷,并与基体形成典型的冶金结合。涂层由原位生成的TiB2和TiC以及残留的B4C和石墨等物相组成。涂层表层由粗大、相互联结的TiB2-TiC联生共晶组织组成;中部和下部则由板片状、四边形、针状的TiB2,弥散的TiB2-TiC联生共晶组织以及树枝状和颗粒状TiC等组成。由于多相陶瓷的协同作用,涂层的最高硬度可达2167HV,其平均硬度为基体的4.7~5.3倍。由于陶瓷较高的硬度和残留石墨良好的润滑性,涂层的摩擦系数和磨损率分别仅为基体的2/5~1/2和1/20.1~1/25.7。原始合金粉末B4C∶C=2∶1（摩尔比）的涂层（2-1涂层）具有最低的体积磨损率。结论 TiB2-TiC自润滑陶瓷涂层具有良好的减摩和耐磨性能。由于高的硬度和良好的减摩性,2-1涂层具有最好的抗磨损性能。     

硫化物喷涂层的微观组织与减摩性能

利用球磨方法得到用于喷涂的、粒度约40μm的硫化亚铁（FeS）微颗粒，再用超音速火焰喷涂的方法在45钢表面制备了固体润滑硫化亚铁涂层。利用原子力显微镜（AFM）、扫描电镜（SEM）和光学显微镜观察分析了硫化亚铁喷涂层的表面、截面与磨面形貌。利用MM-200摩擦磨损试验机考察了硫化亚铁喷涂层在干摩擦条件下的摩擦学性能。结果表明，固体润滑硫化亚铁喷涂层具有优异的减摩、耐磨性能。     

石墨烯改性自润滑耐磨涂层的组织与耐磨机理研究

为了降低WC-Co涂层的摩擦系数,采用湿法球磨工艺实现了氧化石墨烯和WC-Co喷涂粉末的均匀混合,基于爆炸喷涂技术制备了氧化石墨烯改性WC-Co涂层。借助XRD、SEM、EDS等手段分析了涂层的氧化石墨烯存在、组织结构形貌、化学成分组成。采用显微硬度计、万能拉伸机及UMT-2摩擦磨损试验机等仪器研究了涂层的力学及摩擦磨损性能。结果表明：氧化石墨烯改性后涂层内均匀分布有片层状氧化石墨烯,涂层组织致密、均匀,结合强度约82MPa,显微硬度为1024HV0.3,氧化石墨烯改性后涂层相比WC-Co涂层摩擦系数降低了30%,氧化石墨烯的添加提高了WC-Co涂层的抗磨、减磨性能。     

火焰喷涂Ni20合金涂层耐酸性和 H2S 腐蚀性研究

N80钢在硫化氢和酸性介质中的腐蚀是非常严重的,为了提高它的抗腐蚀性,采用表面处理的方法.在本研究中,主要利用氧-乙炔火焰喷涂技术,在基体材料表面喷涂Ni20合金粉末制备涂层,然后通过液相腐蚀试验的方法,在相同的试验条件下,比较低碳钢N80和Ni20火焰喷涂层的耐酸性和硫化氢腐蚀性能,利用扫描电镜分析涂层的横断面组织结构,利用X射线衍射分析涂层的腐蚀产物.腐蚀试验的结果表明:氧-乙炔火焰喷涂Ni20合金涂层的耐腐蚀性能优于低碳钢N80,但是这种涂层孔隙率高,防腐蚀效果差.     

金属基固体自润滑复合涂层及其制备技术研究进展

金属基固体自润滑复合涂层具有强度高、耐高温、耐磨损以及易加工等特性,成为近来研究热点。首先综述了国内外金属基固体自润滑复合涂层的材料体系(即难熔金属基自润滑复合涂层、软金属基自润滑复合涂层、低温金属基自润滑复合涂层以及高温金属基自润滑复合涂层),随后分析了金属基固体自润滑复合涂层的润滑机理,指出润滑膜的低剪切特性是实现减磨润滑的关键。接着介绍了金属基固体自润滑复合涂层的制备技术,比较分析了烧结、电镀、化学镀、热喷涂、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、激光熔覆等技术,在制备金属基自润滑复合涂层方面的优点和不足。最后总结了目前在关于金属基固体自润滑复合涂层研究中存在的问题,进而探讨了相应的解决方案,提出应深入研究金属基体、固体润滑剂与环境三者之间的相互作用机理,并进一步指出研发新型固体润滑剂、改进现有制备技术、开发新工艺是未来重点发展的方向。     

防冰涂层材料及电力材料防覆冰应用的研究进展

防冰涂层材料可有效减轻自然界结冰现象的影响,其通过防冰材料低表面能或高润滑性的特点,降低在低温严寒天气条件下物体表面冰的粘附强度,延迟材料覆冰时间,减少表面覆冰量,在保护电力材料免受冰冻灾害影响方面有着重要应用价值.基于热喷涂法制备的复合型表面防冰涂层材料,以及主被动相结合的防覆冰方法,是未来电力材料防覆冰应用发展的重要方向.然而截止目前,有关复合型表面防冰涂层材料的热喷涂制备,以及涂层在电力材料防冰中应用的研究进展综述鲜见报道.从超疏水材料与光热、电热除冰相结合的除冰方式,及超疏水-超润滑复合材料实现防冰除冰的角度出发,对近年来国内外复合防冰涂层的制备及性能的研究进展进行了综述,并重点讨论了适合于热喷涂制备的复合型涂层的防冰除冰效果.最后,讨论了超疏水防冰涂层、复合型防冰涂层在电力材料表面防覆冰方面应用的研究进展,并对热喷涂法制备防冰涂层在的局限性问题进行了总结,对其应用前景进行了展望,希望在复合型防冰方面进一步开展研究,为电力材料表面防冰涂层的未来发展提供指导.     

硫化物固体润滑涂层的研究现状

硫化物（FeS、WS2和MoS2）是固体润滑材料中重要的一种材料,由于其呈六角形晶体层状结构,分子层间结合力较弱,界面分子层极易滑动形成良好润滑性能,因而备受研究者的关注。本文在综合大量文献资料的基础上,对硫化物固体润滑涂层特性、润滑机理及最新制备工艺研究现状进行综述,并对硫化物固体润滑涂层的研究前景进行展望。     

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 在测定热喷涂抗拉结合强度时，喷涂试样的制备很重要，关系到涂层抗拉结合强度测定的准确性。文章介绍一种用于测定热喷涂涂层抗拉结合强度的制样方法及装置，这对准确测定涂层抗拉结合强度会有帮助。     

等离子喷涂NiCr合金基复合梯度润滑涂层的组织与力学性能研究

选取了具有优异的高温性能和一定的自润滑性能的高温镍基合金,作为复合涂层基体材料,润滑相则分别从高、中、低温固体润滑剂中选取了Ag、CaF2、石墨(C)、MoS2、BN为基本润滑组元;耐磨相则选用了在高温下具有良好的抗氧化性能及耐磨损性能的碳化铬(Cr3C2)硬质粒子,采用等离子喷涂技术制备了具有极佳相容性的高温润滑涂层.涂层的结合强度测定、硬度测定和扫描电镜分析均显示出涂层的梯度结构优于单层结构.梯度结构缓和了涂层内部的物理性能差异,不仅使涂层的硬度得到平缓过渡,而且使涂层的结合强度大大提高,有效改善了涂层的性能.     

电弧喷涂涂层及其滑动磨损行为

对电弧喷涂涂层及其摩擦学性能进行了研究。指出:钢涂层颗粒间的结合力主要是机械嵌合、分子间力等,颗粒间为氧化物和显微孔隙所分隔;QAl9-2涂层颗粒间则有较大比例的焊接结合。另外,电弧喷涂涂层中显微孔隙的存在,是使其具有优良摩擦磨损性能的主要原因,尤其在较高的滑动速度下,它的优异性能更加明显。2Cr13钢涂层的磨损机制主要为涂层颗粒的剥离磨损。