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高温固体自润滑涂层的制备工艺

时间:2020-03-23 14:05:35  来源:  作者:

 目前,高温固体自润滑涂层的制备工艺主要包括: 热喷涂技术、激光熔覆技术、电火花沉积技术等。热喷涂技术:自Schoop博士发明喷涂装置以来,热喷涂技术的内涵更加丰富,应用范围更广,其中爆炸喷涂、超音速火焰喷涂、等离子喷涂等成为高温自润滑涂层的优选工艺之一。爆炸喷涂利用气体爆炸产生的能量,将喷涂粉末加热到一定温度和速度,然后喷射到基体形成涂层。其爆炸中心点的温度达到3400℃,速度可以达到1500 m/s以上。何利民等制备了NiCr-Cr2O3-BaF2 /CaF2纳米高温自润滑涂层, 500℃时涂层的摩擦因数降低了72.2%,磨痕宽度减小了46.6%,表现为严重的塑性变形和轻微的磨粒磨损。超音速火焰喷涂采用Laval喷嘴将燃料(煤油、乙炔) 与助燃剂(氧气、空气) 燃烧产生的焰流速度提高到2Ma(马赫)以上,通过加热、加速粉末来获得高性能固体自润滑涂层。Chen等采用超音速火焰喷涂( High velocity oxygen fuelHVOF) 技术制备了NiMoAl-Ag涂层,该涂层在20800℃的摩擦系数由0. 3 降到0.09; 他们还发现Ni-MoAl-Cr3C2-Ag 的高温摩擦学机制为在高温下生成了Ag2Mo2O7Ag2MoO4。等离子喷涂采用等离子弧作为热源,将粉末材料加热到熔融或半熔融状态,并高速喷向经过预处理的基体表面而形成固体自润滑涂层。Dellacorte等制备了PS300固体自润滑涂层,并在NASA的航天装备表面得到应用。徐滨士院士团队开发的超音速等离子喷涂通过高压、高速获得了超音速等离子体射流。陈建敏等制备了WC-(WCr)2CNi/Ag/BaF2-CaF2固体自润滑涂层,该涂层在600℃具有较低的摩擦学性能。电火花沉积技术:1943年电火花沉积强化技术由苏联科学院院士拉扎连科提出,并逐渐被应用于固体自润滑涂层领域。Hasanabadi等在316钢表面制备了Fe48Cr18Mo7B16-C4Nb7纳米晶非静态合金涂层,其显微硬度达到1300HV。近年来,国内相关研究也取得了显著进展。Tang40Cr不锈钢基体表面制备了TiC-TiB2复合涂层,其摩擦系数降低了0. 120.17。气相沉积工艺:气相沉积通过物理或化学过程使靶材以原子或原子团的形式沉积在基体表面形成固体自润滑薄膜,包括化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD)技术。PVD利用物理过程实现物质转移、沉积而形成涂层,包括蒸发镀、溅射镀和离子镀等方法。其中,磁控溅射技术因具有沉积温度低、薄膜均匀致密、绕镀性好、重复性强和操作简单等优点而成为薄膜的主流制备技术。目前主要以MoS2基润滑薄膜为主进行共溅射薄膜,在高温环境以Al2O3SiCTiCZrO2等为基体的自润滑涂层有所报道。激光熔覆技术激光熔覆兴于20世纪80年代,随着航天领域的发展,迫切要求自润滑涂层能够适应其他极端工况环境,激光熔覆工艺因工艺适应性强而在高温自润滑技术领域得到广泛应用。中科院兰州化物所利用制备了NiAl/h-BNNi/h-BNNi3Al-BaF2/CaF2-Ag 高温润滑涂层,充分发挥各相之间的协同优势,涂层的微观结构致密、应力分布合理、高温摩擦学性能优异,在室温到1000℃范围内表现出低的摩擦系数和磨损率。Lu等在Ti6Al4V合金表面制备了Ti2SC/CrS高温固体自润滑涂层,在600℃仍具有良好的自润滑性能,制备的Ni60-h-BN固体自润滑涂层在300 600℃具有良好的自润滑性能,摩擦系数分布在0.250.3。粉末冶金技术:以粉末为原料,经压制成形和高温烧结获得功能材料。在高温自润滑涂层领域,粉末冶金技术可以实现熔点差异大、互不相溶固体润滑材料的成型,经整型加工得到涂层。Wang采用热压烧结技术制备Ag/Mo/Ag-MoO3/Ag-Mo系列NiCr基自润滑复合材料,在高温条件下其摩擦表面的摩擦化学产物Ag2MoO4NiCr2O4NiO 存在协同润滑作用,提高了NiCr 基复合材料在高温条件下的摩擦学性能,即高温下NiCr-MoO3-Ag复合材料和NiCr-Mo-Ag复合材料的摩擦系数分别为0.190.2

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