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等离子沉积Ni-WSe2-BaF2·CaF2-Y-Ag-hBN 涂层的抗Al熔滴粘蚀特性

时间:2020-02-18 16:06:19  来源:  作者:

 

固体自润滑涂层具有耐负荷、使用温度宽、寿命长、防腐蚀性能好等优点,适用于适配器与滑轨连接、有动配合间隙要求、承载和过载大的润滑及防护需要,成为在摩擦副间替代润滑脂、润滑油的重要选择,近年得到广泛研究. 尤其是NASA(National Aeronauticsand Space Administration)AFRL(Air Force ResearchL aboratory)研究的PS(Plasma Spray )系列涂层(PS100~PS400)和自适应涂层(C Muratore研制的YSZ-Ag-Mo/TiN多层自适应涂层)以及纳米复合自润滑涂层。可以看出,固体自润滑涂层中加入的hBN具有层状结构,解理面含有BN两种元素,具有较高的表面能,在宽温域范围内表现出良好的可磨耗性能和润滑性能,使得高温作用下摩擦副表面易形成极细的氧化物釉层保护膜,降低对偶件之间的直接磨损; 高温环境下固体自润滑复合涂层组分之间化学反应与相变也会降低材料的摩擦磨损性能; BaF2·CaF2与涂层中的金属元素反应形成CaM4F6,与涂层中的多种氧化物共同形成润滑膜. 但是,在固体自润滑涂层使用的特殊环境,如火箭发射箱的滑轨,会由于高能发动机燃烧瞬时产生2000~3000℃、5~7Ma气固两相燃气流,导致熔融残渣的高速热粘蚀破坏. 研究显示,高铝粉发动机的热侵蚀破坏比烧蚀作用更为突出,气流中含有的大量粘蚀性物质,会发生严重的氧化磨损,影响滑轨的使用寿命,进而导致发射系统故障,降低装备使用寿命。因此,滑轨表面涂层由于高温燃气流产生的熔滴粒子粘结、侵蚀、氧化以及清理问题必须进行深入研究。然而,沉积固体自润滑涂层的摩擦副表面在高温状态发生的材料粘蚀问题如何进行定量表征则鲜有报道. 为此,本文作者基于等离子喷涂技术制备了Ni-WSe2-BaF2·CaF2-Y-Ag-hBN宽温域固体自润滑涂层,设计相关试验系统分析该系列涂层的抗粘蚀性能. 等离子沉积Ni-WSe2-BaF2·CaF2-Y-Ag-hBN高温固体自润滑涂层在宽温域摩擦系数曲线,涂层的摩擦系数分布可达到0.086~0.299,且涂层的摩擦系数在宽温度范围内保持平稳。金属熔滴对涂层的粘蚀速度随着金属熔滴沉积角度的增加而增加,90°时金属熔滴在涂层与基体表面的沉积率最大,其中钢基体的平均沉积率最大为176.22 mg/(cm2·s)NWB涂层的沉积率为58 mg/(cm2·s)。当粘蚀角为45°时,高温自润滑涂层与GCr15表面的Al粘蚀物均具有较高的剥落速率. 金属熔滴撞击NWB涂层表面时,材料的热膨胀系数发生改变使得涂层的孔隙率提高,固体自润滑涂层的硬度和弯曲强度降低,粘蚀层浸润的界面结合能力下降,NWB涂层面具有很好的粘蚀物剥落特性。

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