陶瓷基高温自润滑复合涂层的制备及摩擦学性能研究进展EI北大核心CSCD

摩擦磨损大多数情况下不利于机械设备,我国作为机械制造大国,降低摩擦磨损对工业进步及可持续发展有重大意义。陶瓷基高温自润滑复合涂层作为工业应用中常见体系之一,主要以硬质陶瓷为基体,并掺杂润滑材料作为第二相组成,使其一方面继承陶瓷相优异的高温稳定性及强度,另一方面提高在常见摩擦环境下的润滑性能,因此被广泛应用于船舶、航空航天、生物科技、高速列车等领域,受到研究人员的广泛关注与探索。本文以陶瓷基高温自润滑复合涂层为中心,首先阐述复合涂层及固体润滑材料的基本分类;其次综述不同制备方法的最新研究进展,重点关注工艺参数对制备陶瓷基高温自润滑涂层性能的影响及改善方法;然后归纳改善陶瓷基高温自润滑复合涂层表面摩擦学性能的关键因素,探讨了提升减摩耐磨性能的可行性和研究潜力;最后总结目前陶瓷基高温自润滑复合涂层存在的问题,主要有以下2点:(1)对复合涂层的物相分析仍以解释现象为主,没有完整的理论基础;(2)对不同制备工艺下复合涂层结构和摩擦学性能的改善手段较单一。因此提出相应的解决办法以及未来可能的发展方向:(1)研究陶瓷基体和不同润滑相、附加组元、高温环境的协同作用机理,建立系统的理论基础;(2)针对不同制备工艺的成型机理,重点研究工艺参数的协同作用对复合涂层微观结构形成的影响,扩展制备工艺的改善方法。     

低摩擦系数固体润滑涂层研究进展

低摩擦系数固体润滑涂层在许多领域得到了广泛应用,探索新型固体润滑涂层体系及其制备技术是摩擦学研究的热点.本文综述了聚四氟乙烯自润滑涂层、二硫化钼自润滑涂层以及类金刚石薄膜作为自润滑减摩涂层的原理及其研究取得的进展,介绍了新型自润滑涂层的制备技术,同时还指出了固体润滑涂层有待进一步研究的问题.     

磁控溅射高温固体自润滑涂层的研究与进展

近年来,高温固体自润滑涂层在许多领域得到了快速发展,尤其是磁控溅射技术制备的微纳米高温固体自润滑涂层可以满足航空领域应用中对涂层厚度、力学性能、摩擦性能的更高要求。在综合国内外大量文献的基础上,对磁控溅射方法制备的高温固体自润滑涂层的材料体系、工艺参数优化和涂层结构设计取得的进展进行了综述,通过分析涂层组成相影响机理、工艺改进措施和涂层复杂界面结构,提出未来高温固体自润滑涂层有待进一步研究的问题。     

固化对水性环氧粘结固体润滑涂层理化及摩擦学性能的影响

为了确定水性环氧粘结固体润滑涂层的最佳固化条件,采用MFT-R 4000型往复摩擦磨损试验仪评价了不同固化条件对其摩擦学性能的影响,用傅立叶变换红外光谱(FTIR)和示差扫描量热法(DSC)表征手段,确定了体系的最佳固化条件.结果表明:固化条件不同,涂层的摩擦学性能差异很大;水性粘结剂与水性固化剂的最佳质量比为2:1,最佳固化温度为75℃,最佳固化时间为2 h;以最佳条件制备的水性环氧粘结固体润滑涂层具有优异的理化性能和摩擦学性能,摩擦磨损寿命比传统的有机溶剂型粘结固体润滑涂层约长30%.本研究为制备高性能环保型粘结固体润滑涂层提供了可能.     

关节轴承自润滑材料摩擦学性能及轴承寿命预测研究现状

自润滑关节轴承由于具有结构简单、承载能力强、适应温度范围广、在服役过程中无需添加润滑剂等特点,被广泛应用在航空航天、水利电力、军工机械等行业.与此同时,高端、精密、大型装备的发展对自润滑关节轴承的摩擦学性能、使用寿命和可靠性提出了更高的要求.自润滑关节轴承所使用的自润滑材料性能直接决定了轴承的寿命和性能水平,因此开展对自润滑材料性能的研究成为提高自润滑关节轴承质量和延长其寿命的关键.目前,自润滑衬垫材料大致分为三种,即金属背衬层状复合材料、聚合物及其填充复合材料和PTFE纤维织物复合材料.自润滑衬垫材料的摩擦学性能、衬垫粘结前的处理方式、粘结方式、编织纹路等因素影响着自润滑关节轴承的使用性能.因此,国内外研究者们选择合适的纤维、纳米金属颗粒和PTFE进行复合,大幅改善了自润滑材料的摩擦学性能;同时对衬垫材料的编织结构、捻制方式以及与轴承的粘结方式进行优化研究.为进一步探究衬垫材料的磨损失效机理,国内外研究者通过轴承磨损试验和有限元仿真相结合的方法研究轴承服役过程中的磨损机理、磨损失效规律和静态接触等问题.研究发现,固体润滑转移膜的持续形成能力是自润滑衬垫材料润滑性能和耐磨性能的决定因素.自润滑关节轴承在服役过程中的磨损形式主要为黏着磨损、磨粒磨损,并伴随一定程度的疲劳磨损.为进行自润滑关节轴承的寿命预测和可靠性分析,国内外研究者们通过研制轴承寿命试验平台,以磨损量为反映关节轴承磨损寿命的主要物理量,建立了大量的磨损寿命分布函数,同时,推导出一系列考虑轴承自身结构特点、润滑方式和工况条件的寿命预测公式并进行可靠性分析.本文以自润滑关节轴承常用的PTFE纤维织物衬垫材料作为主要讨论对象,综述了衬垫材料的组分、编织结构、粘结性能对其摩擦磨损行为的影响;讨论了衬垫型自润滑关节轴承服役过程中的转移膜形成机理及摩擦磨损行为,以及自润滑关节轴承寿命研究方法及试验平台的研制情况;通过对现有自润滑关节轴承寿命评估和可靠性研究现状分析,指出国内建立自润滑关节轴承寿命评估相应标准和试验规范的迫切性,以及对自润滑关节轴承可靠性研究的必要性.     

聚酰亚胺固体润滑涂层研究进展

综述了聚酰亚胺(PI)固体润滑涂层的摩擦学性能,分析了分子结构、填充改性、制备工艺等材料内部因素以及介质环境、温度、载荷和滑动速度、基底材料等外部因素对PI固体润滑涂层摩擦学性能的影响。     

梯度自润滑复合材料在不同滑动摩擦下的摩擦学特性

梯度自润滑复合材料是一种新型润滑材料,利用粉末冶金工艺设计和制备了该材料,考察了其在不同摩擦条件下的摩擦学特性,并对其摩擦磨损机理进行了分析和研究.结果表明:梯度自润滑复合材料随着复合固体润滑剂含量的增多,摩擦学性能明显改善,但润滑剂含量过高将导致材料表面硬度过低;该材料适用于高载倚下的润滑部件;脂润滑条件下,复合固体润滑剂与润滑脂结合在摩擦面上形成的膏状润滑膜使梯度自润滑复合材料的摩擦学性能显著改善;在脂润滑高载荷条件下,梯度自润滑复合材料的磨损主要发生在磨损初期,之后磨损极小,摩擦系数也趋于减小.     

二硫化钼自润滑涂层性能及制备工艺的研究进展

MoS₂是过渡族金属二硫化物中的一员,其涂层材料因独特的层状结构而表现出优异的摩擦学性能。MoS₂自润滑涂层在刀具以及空间部件材料的表面减磨和保护上发挥着重要作用,但是MoS₂涂层对湿度的敏感性、附着力差以及耐磨寿命有限等问题限制了其应用。国内外学者在MoS₂涂层的摩擦学研究上做了大量工作,目前的研究重点主要是不同温度、湿度、气体介质的多环境下的摩擦学行为分析,以及通过纳米多层体系的设计实现对晶体结构的可控。本文概述了2010年以来有关MoS₂自润滑涂层材料的研究进展,主要综述了MoS₂自润滑涂层的摩擦学性能以及不同元素掺杂对其性能和结构的影响。总结了MoS₂涂层的组成结构、性能、制备工艺,并对其在表面润滑领域的研究和应用前景进行了展望。本文对MoS₂自润滑涂层的研究和工程应用具有参考意义。     

高温固体润滑涂层最新研究与进展

近年来,高温固体润滑涂层在许多领域得到了快速的发展,各种新型涂层材料及其制备工艺日益成为研究的热点.在综合大量最新文献资料的基础上,对高温固体润滑涂层中的材料体系(主要包括基体材料、润滑材料、耐磨材料)、涂层结构设计、涂层制备工艺取得的进展进行了综述,指出了值得关注的材料体系和制备工艺,提出了固体润滑涂层有待进一步研究的问题.     

中科院兰州化学物理研究所碳化物陶瓷表面自润滑碳化物衍生碳涂层研究获重要进展

二元碳化物(如碳化硅、碳化钨和碳化钛)和三元碳化物(如钛硅碳)是摩擦学领域十分重要的材料,然而它们在干滑动条件下都不具备自润滑特性,从而限制了其应用。中科院兰州化学物理研究所先进润滑与防护材料研发中心研究人员通过在碳化硅和钛硅碳表面制备自润滑碳化物衍生碳(CDC)涂层,从而使这些碳化物在无润滑的滑动条件下亦具有自润滑性。     

空间用低表面能紫外荧光型防爬移涂层性能研究

空间油脂润滑活动件在真空环境下长期服役中易发生爬移流失,严重影响空间活动机构的服役寿命和可靠性.超低表面能防爬移涂层是一种抑制表面油脂润滑剂爬移流失并实现长寿命、高可靠润滑的有效途径.本文对研制的LWFP-YG紫外荧光型防爬移涂层的紫外荧光效应、表面能、真空存储稳定性和真空防爬移性能等进行了研究.结果表明,LWFP-Y...     

搪瓷涂层改性技术及应用研究进展

惰性氧化物构成的搪瓷涂层具有与玻璃相似的硅氧网络结构，表现出优异的抗氧化、抗腐蚀性能，但搪瓷的高温软化与本征脆性限制了其在高温环境下长寿命服役的能力。为了促进搪瓷涂层的市场化推广，在分析了影响搪瓷涂层使用寿命的原因及第二相改性机理后，提出4种用于解决搪瓷涂层软化脱落问题的方法，即颗粒增韧、调节热膨胀系数、调节界面稳定性、裂纹自修复，以期为搪瓷涂层在高温腐蚀或热循环冲击条件下的长寿命服役能力研究提供指导。     

自润滑轴承在炼铁厂托辊中应用的试验研究

为了开发新型免维护高性能带式运输链托辊,文中分析了炼铁厂托辊的运行工况,并基于该工况,分析了满足该工况条件下的托辊自润滑滑动轴承材料PV值范围;试验研究了所采用的新型自润滑轴承的摩擦学性能;并将采用该轴承制备出的托辊应用在现场中进行了长寿命考核;运行结果证实了该新型自润滑轴承和托辊的长寿命和工作可靠性.     

WS2含量对超音速等离子喷涂KF301／WS2润滑耐磨涂层摩擦学行为的影响

常规固体润滑涂层高温下不具备稳定的摩擦系数和较低的磨损率。为此,采用超音速等离子喷涂技术制备了KF301／WS2复合润滑耐磨涂层,探讨了复合润滑涂层中WS2润滑膜所呈现的自润滑效果及其作用机理。结果表明：涂层的磨损率随着WS2含量的变化而呈现较大的波动,WS2含量为30％时达到最小值,为1．22×10^-4mg／h;涂...     

类金刚石碳膜高温摩擦学性能的研究进展

航空、航天、核能等高尖端技术迫切要求使用耐高温、耐磨、低摩擦的固体润滑涂层以保护金属零部件的表面,增加发动机、推进器等航空、航天等领域关键零部件的工作效率、输出功率和使用寿命。上世纪80年代国际摩擦学界根据工业和国防的需要将高温润滑涂层和耐磨材料定为摩擦学学科发展的重要研究方向之一。本文综述了近年来国内外高温工况条件下类金刚石碳膜的摩擦学性能研究成果,总结了类金刚石碳膜在高温环境下的摩擦学性能及其影响因素规律,阐述了类金刚石碳膜高温摩擦学行为的分析方法,提出了类金刚石碳膜高温摩擦学性能研究中存在的问题和未来发展的研究方向。     

不同自润滑相尺寸和分布位置对自润滑表面膜形成的影响

采用分步高能球磨、快速感应烧结制备Ni基耐高温自润滑涂层IS304(IS:Induction Sintering), 涂层中高温润滑相BaF₂/CaF₂尺寸仅为1mm左右、低温润滑相Ag尺寸小于2mm, 并且BaF₂/CaF₂主要分布于强化相Cr₂O₃中.摩擦实验中当温度为室温~250℃时,IS304涂层的摩擦系数较高, 由于润滑相尺寸的细化以及润滑相BaF₂/CaF₂分布位置的改变,使得摩擦副在高速瞬时接触中产生的瞬态温升可以有效地激活BaF₂/CaF₂的自润滑性能,最终在压力及摩擦力的作用下形成自润滑表面膜, 使得IS304涂层在280℃时即可具有较低的摩擦系数     

石墨对青铜基热喷涂自润滑涂层摩擦学性能的影响

为了改善青铜基热喷涂层在干摩擦条件下的摩擦学性能,采用热喷涂工艺制备了青铜-石墨自润滑涂层,考察了石墨含量对涂层在干磨条件下摩擦学性能的影响;研究了偶件的磨损表面SEM照片,并对其表面元素进行X射线能谱分析.结果表明,加适量石墨的青铜基热喷涂层比原涂层在干磨条件下具有更优异的摩擦学性能,但机械性能有所下降,这主要是由于石墨的润滑作用以及石墨的加入改变了涂层微观结构所致.本研究改善了涂层的机械性能和摩擦学性能,扩大了其应用范围.     

超高温抗氧化铱涂层改性的研究进展

铱具有高熔点、强耐蚀以及高温下低氧渗透率等特性,是航空航天领域超高温结构件最理想的抗氧化涂层材料。铱涂层组织结构特点及自身高温氧化特性是影响涂层服役寿命的主要因素。目前改善铱涂层的高温抗氧化性能一方面通过改进其制备工艺以提高铱涂层致密度,减少晶界扩散引起的涂层失效;另一方面通过制备陶瓷涂层和合金化保护铱涂层,隔绝其与氧化环境接触,延长铱涂层服役时效。针对铱涂层应用时存在的问题,综述了国内外对铱涂层改性的研究进展,展望了铱涂层改性技术的发展方向。     

稀土氧化物掺杂对YSZ热障涂层热物理性能影响的研究进展

随着航空发动机和燃气轮机(简称“两机”)服役温度的升高,目前,在两机热端部件表面防护方面应用最为广泛的热障涂层(Thermal barrier coatings, TBCs)存在陶瓷层材料氧化钇稳定氧化锆(Yttria-stabilized zirconia, YSZ)在高温下会发生相转变、热膨胀系数与金属基底不匹配以及烧结导致涂层的热导率升高等问题,严重影响TBCs的服役寿命。新一代TBCs陶瓷面层材料分为以下几类：(1)稀土氧化物稳定YSZ;(2)钙钛矿结构陶瓷材料;(3)稀土六铝酸盐或稀土钽酸盐;(4)烧绿石或萤石结构稀土锆酸盐。其中,稀土氧化物掺杂可有效降低YSZ热障涂层的热导率,提高其热膨胀系数、高温相稳定性及耐烧结性能,被认为是提高YSZ热障涂层高温稳定性的有效方法。基于此,本文重点阐述了单元或多元稀土氧化物掺杂YSZ热障涂层材料的研究进展,讨论了稀土氧化物掺杂对YSZ陶瓷面层高温相稳定性、热导率和热膨胀系数的影响机理。基于耦合作用机理为未来稀土氧化物掺杂YSZ热障涂层的研发提供一定的借鉴。     

耐磨自润滑DLC涂层在空气源热泵热水器压缩机上的应用

通过对空气源热泵热水器压缩机实际工况进行分析,找出引起滑片在冬季寿命工况下磨损的主要原因是冬季工况下pv值大以及低温环境下冷冻油润滑失效。指出滑片表面采用耐磨自润滑DLC涂层,能够降低压缩机功率,提升压缩机可靠性,满足空气源热泵热水器冬季寿命工况可靠性要求。