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。     

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。     

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。     

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.     

固相反应型Al2O3-TiB2复相陶瓷涂层的制备、物相及其界面结合性能

为了提高Q235钢的性能,以Al-TiO2-B2O3为反应体系,磷酸二氢铝为粘结剂,制备出成型料浆,采用刷涂法在其表面形成涂层;在真空炉中通过固相反应法合成Al-TiO2-B2O3复相陶瓷涂层.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和差热分析仪(DTA)研究了涂层的物相结构、组织形貌及反应机理,并对涂层的...     

大气等离子喷涂Al2O3/ZnO/TiO2涂层微波介电性能的研究

采用高焓大气等离子喷涂技术,以纳米级ZnO、Al2O3和TiO2为原料,通过固相反应制得以ZnAl2O4为主相的陶瓷粉末,加入粘结剂聚乙烯醇(PVA),通过喷雾造粒的方法制备复合吸波陶瓷涂层(简称为AZT涂层).分析了AZT涂层的微观结构和相组成,探究了喷涂功率对AZT涂层微波介电性能的影响.结果表明,AZT涂层对比粉...     

钛合金微弧氧化一步制备含石墨的减摩涂层

为了进一步提高钛合金表面微弧氧化陶瓷涂层的摩擦磨损性能,在石墨分散的Na2CO3-Na2SiO3-KOH电解液溶液中一步制备了含自润滑微粒的微弧氧化复合涂层.利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)研究了未添加和添加石墨微弧氧化涂层的相组成和微结构,采用往复式球-盘试验机评价了两种涂层的摩擦学性能.结果表明:加入到电解液中的石墨在微弧氧化过程中进入到涂层中,从而得到含有固体润滑微粒的复合涂层;在干摩擦条件下,含石墨的微弧氧化涂层相比于不含石墨的涂层具有更小的摩擦系数.     

Y2O3粉体分散性对固相反应法制备YAG透明陶瓷的影响

以分散性不同的Y2O3纳米粉为原料,利用固相反应法合成YAG超细粉。在不同的制备条件下,针对Y2O3纳米粉的分散性对固相反应进程的物相变化、显微组织及YAG陶瓷体透光性的影响进行了观察和研究。结果表明,Y2O3纳米粉的分散性决定其反应活性,是影响固相反应进程的主要因素。将高活性的Y2O3纳米粉与Al2O3粉均匀混合,可促进固相反应的完成并有效降低烧结温度,使真空烧结后的YAG陶瓷组织更加均匀,有利于烧结后期孤立气孔的排除。     

铜合金表面激光诱导原位反应制备颗粒增强Co基复合合金涂层

以含有定量纳米Al粉的Co基新型合金为涂层的原材料,在Cu-Cr合金表面利用Nd:YAG固体激光器诱导原位反应制备陶瓷相增强Co基复合涂层。采用金相显微镜、扫描电镜和显微硬度等分析技术,对所制备样品涂层的结构和形成机制进行了研究。结果表明:通过激光诱导原位反应,在铜合金表面制备出了组织细小、界面呈冶金结合的陶瓷相增强Co基涂层;涂层的显微硬度由基体表面显微硬度HV87提高到HV426;纳米Al粉的加入为激光诱导原位反应制备Co基涂层提供内部热源,弥补了铜合金基体因导热快而带来的能量损失,充分诱导涂层内的物质发生化学反应,有利于Co基复合涂层的形成;涂层中原位生成的陶瓷相直径小于2.0 μm,弥散分布在涂层中起到骨骼强化作用。      

固体自润滑涂层的研究进展

随着科学技术的发展,各种摩擦副所受到的载荷、运转速度、温度等也在急剧增加,传统的润滑油脂已不能完全满足苛刻工况下的使用要求,固体自润滑涂层是解决上述问题的有效途径之一。综述了固体自润滑涂层的材料体系、涂层结构及其制备工艺的新进展,并展望了其发展趋势。     

Bi2O3基固体电解质材料研究进展

从Bi2O2的结构和Bi2O3的掺杂研究两方面综述了Bi2O3基固体电解质材料的研究进展.有关研究表明:高电导率所对应的相是δ相,这是由其独特的结构特征所决定的;掺杂离子半径的大小、组成和掺杂量皆对Bi2O3基固体电解质的电导率和稳定性有着很重要的影响.尽管目前Bi2O3基固体电解质的氧离子导电性是所有正在开发的固体电解质中最高的,但是其热稳定性以及离子导电性都还有待于进一步改进.     

基于裁剪曲面表示的实体拼合运算

本文首先论述了多面体拼合运算的分割方法和法矢投影法，重点介绍后者。然后将法矢投影法推广到由裁剪曲面表示的曲面实体拼合中，初步得到满意的结果。     

Manipulating the Melting Behavior of Metal–Metal Eutectics

Experiments were carried out in order to determine why a given eutectic sample approaches its state of equilibrium either rapidly or slowly during melting-curve determinations. The results of these experiments suggest that, when eutectic liquids are frozen, nonequilibrium solids normally form. The experimental results also suggest that the melting temperatures increase and the reproducibility of the melting curves improves considerably if the nonequilibrium solid is converted into the equilibrium eutectic solid lattice. As specific examples, Al–Cu and Al–Ag eutectic samples were studied.     

高分子固体电解质研究进展

评述了近年来高分子固体电解质（ＳＰＥ）的研究成就,对ＳＰＥ的电性能、导电行为、离子传导特性及在电化学器件的应用等方面进行了论述。探讨了ＳＰＥ的发展趋向及前景。     

中低温固相反应法制备纳米级铈锆复合氧化物固溶体

以碳酸铈、碳酸锆、草酸为原料,用中低温固相反应法制备了纳米级铈锆复合氧化物(CexZr1-xO2)。通过XRD、TEM、BET等测试手段对产物进行了表征,结果表明:所得产物为单一的立方晶系固溶体,平均粒径<40nm,比表面积达98.94m2/g。采用中低温固相反应法制备纳米级铈锆复合氧化物无需溶剂、无废液、节能,是一种绿色化学新工艺。     

电催化材料聚笨胺的研究进展

评述了近年来聚苯胺作为化学修饰电极材料在电催化无机和有机分子方面的研究成就,讨论了聚苯胺包修饰电极材料和金属微粒分散于聚苯胺膜基体上这两种情况下的电催化活性,引用文献33篇。     

SiC/Fe界面固相反应模型

使用XRD、EPMA和SEM等研究了SiC/Fe界面固相反应产物的相组成、反应区的显微结构以及反应区中反应物原子的浓度分布。SiC/Fe界面固相反应形成Fe₃Si、Fe(Si)和石墨态C沉积物,Fe₃Si的形成为该反应提供了足够的热力学驱动力。1100°×3h热处理后,反应区由调整的C沉积物区/均匀的C沉积物区/无C沉积物区(从SiC侧至Fe侧)构成。建立SiC/Fe界面固相反应模型以解释SiC/Fe界面固相反应的微观机理。在SiC/Fe界面固相反应过程中,SiC分解是不连续的,从而在SiC界面前沿形成调整的C沉积物区独特结构。     

铈基固体电解质的燃烧法制备及其导电特性

采用甘氨酸-硝酸盐燃烧法制备出(CeO2)1-2x(Sm2O3)x前驱体粉末(SDC),并通过压片,1100℃烧结制备出SDC薄膜,相对密度为98.7%.前驱体粉末的XRD显示,G/M=0.5～3.0时均可制备出具有萤石立方体结构的粉末,TEM观察其粒径大小约为30～40nm.以四探针电极法测定固体电解质电导率σ发现,GNP法制备的SDC固体电解质在800℃时σ=0.0484S·cm-1,比Sol-gel法制备的电导率高.     

固-液-固3层结构板中超声兰姆波的频散特性

文章采用传统矩阵方法研究固－液－固3层结构板中兰姆波的传播,数值计算结果证明了用该方法分析层状材料中的兰姆波的有效性与实用性,文章计算出的多种频散曲线对超声兰姆波的应用是有益的。     

Strain‐Stabilized Ceramic‐Sulfide Electrolytes

Ceramic‐sulfide solid electrolytes are a promising material system for enabling solid‐state batteries. However, one challenge that remains is the discrepancy in the reported electrochemical stability. Recent work has suggested that it may be due to the sensitivity of ceramic sulfides to mechanically induced stability. Small changes in ceramic‐sulfide microstructure, for example, have been shown to cause substantial differences in the electrochemical stability. In this work, a rigorous theoretical framework is constructed to enable the simulation of such mechanically induced stability for a generalized constraint mechanism. It is shown that the susceptibility for voltage widening in ceramic sulfides can be significantly influenced by the choice of different decay morphology models. This results in a less intrusive microstructure requirement for improved stability, which stems from the tendency of sulfides to decay via inclusions rather than homogeneously. This predicted decay morphology is experimentally confirmed. Li₁₀GeP₂S₁₂ is stabilized by a thin amorphous shell, which prior models predict is too thin for stabilization. The generality of this framework is discussed in light of stabilization methods beyond microstructure, such as on the battery cell level. The relation of our picture to the observed lithium metal formation in ceramic sulfides is also discussed.