苛刻空间环境下固体润滑涂层在谐波齿轮减速器表面的服役性能评价

随着航天技术和深空探测的发展,传统的脂润滑材料已难以满足谐波减速器在真空宽温区的润滑需求,固体润滑涂层是一种非常理想的空间润滑方式,具有较宽的温度使用范围,且润滑性能受工况的影响也较小,广泛应用于空间运动机构。目前固体润滑谐波减速器在苛刻空间环境下的使役性能(传动精度和传动效率)还鲜有报道,通过物理气相沉积技术分别在XBS-40-100型和XBS-60-120型谐波减速器制备MOSTP&MOSTP和DLC&MOSTP两种固体润滑涂层,并对润滑前后的谐波齿轮减速器的传动精度、传动效率及真空高、低温适应性进行对比研究。研究结果表明:谐波减速器的传动误差不仅没受到润滑涂层的影响,其传动精度还远优于脂润滑的同型号谐波减速器;固体润滑谐波减速器具有优异的温度适应性,XBS-40-100型和XBS-60-120型谐波减速器在-90℃~100℃温度范围内,传动效率分别为69.4%~82.8%和66.2%~86.7%,远高于全氟聚醚(-90℃,效率在30%左右)和多烷基化环戊烷(-90℃,效率基本在15%左右)润滑的同型号谐波减速。系统研究了固体润滑谐波减速器的使役性能和温度适应性,可为空间谐波减速器润滑材料的选取提供试验依据。

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。

含二硫化钼、石墨和三氧化二锑的水性环氧树脂黏结固体润滑涂层的摩擦磨损性能

以水作为分散介质,制备了含MoS2、石墨和Sb2O3等组分的水性环氧树脂黏结固体润滑涂层.该涂层具有价格低廉、无毒、不燃等优点,并且不含挥发性有机化合物(VOC),是一类具有很好发展前景的环保型固体润滑涂层.采用MFT-R 4000型往复摩擦磨损试验机考察了所制备的水性环氧树脂黏结固体润滑涂层的摩擦磨损性能;利用扫描电镜和X射线光电子能谱仪分析了涂层磨损表面和转移膜的形貌,以及涂层磨损表面典型元素的化学状态,进而探讨了其润滑失效机理.结果表明:所制备的水性环氧树脂黏结固体润滑涂层具有良好的减摩抗磨性能;Sb2O3与MoS2之间,以及石墨与MoS2之间具有一定的协同减摩抗磨作用.相应的协同减摩抗磨作用分别源于机械相互作用以及水蒸气吸附导致的石墨层间吸引力减弱;而涂层发生润滑失效的主要原因为疲劳磨损和微断裂.

粘结MoS_2固体润滑涂层的转动微动磨损特性

采用粘结法在LZ50钢表面制备MoS2固体润滑涂层,研究MoS2涂层及LZ50钢基体在干态不同角位移幅值下的转动微动磨损行为。在分析转动微动动力学特性的同时,结合光学显微镜、扫描电子显微镜、电子能谱仪以及轮廓仪对磨痕形貌进行微观分析。结果表明:涂层和基体的转动微动运行区域仅呈现部分滑移区(Partial slip regime,PSR)和滑移区(Slip regime,SR),未观察到混合区。涂层改变基体的微动运行区域,使得PSR缩小,SR运行区域向小角位移幅值方向移动。由于MoS2涂层的固体润滑作用,涂层的摩擦因数在整个试验过程都明显低于基体。在PSR,涂层损伤轻微;在SR,涂层的转动微动磨损机制主要表现为剥层和摩擦氧化。研究表明粘结MoS2固体润滑涂层具有明显的防护作用,显著降低LZ50钢的转动微动磨损。

纳米LaF_3微粒对聚酰亚胺粘结固体润滑涂层摩擦学性能及抗腐蚀性能的影响

采用MHK-500型摩擦磨损试验机考察了含纳米LaF3微粒的聚酰亚胺粘结固体润滑涂层在干摩擦条件下同GCr15钢环配副时的摩擦学性能,评价了涂层的耐腐蚀性能,重点探讨了纳米LaF3填料对涂层耐磨性及耐腐蚀性能的影响.结果表明:含1%～2%纳米LaF3的涂层的耐磨性最佳,而纳米LaF3填料对涂层减摩性能的影响不大;含2%纳米LaF3的涂层的耐腐蚀性最好.

水性二硫化钼基粘结固体润滑涂层制备及其摩擦学性能

为研制兼具环保性和良好摩擦学性能的水性粘接固体润滑涂层,以去离子水作为分散介质,水性聚酰胺酰亚胺为粘结剂,二硫化钼为润滑剂,加以适量的润湿分散剂采用油漆喷涂工艺研制水性粘结固体润滑涂层,探究了粘结剂的固化温度以及润滑剂的含量对涂层力学和摩擦学性能的影响。结果表明,当固化温度为270℃时粘结剂可以完全固化,且此时涂层具有较高的显微硬度。涂层的摩擦因数随着润滑剂与粘结剂质量比的增大逐渐降低,而显微硬度和耐磨寿命呈现出先增大后减小的趋势,当润滑剂和粘结剂的质量比为1.7时,涂层具有较高的硬度和良好的抗磨减摩性能,此时耐磨寿命达到187 m/μm,稳定阶段的摩擦因数为0.11。

制备工艺对MoS_2粘结固体润滑涂层微动磨损寿命的影响

在不同载荷和位移振幅条件下,考察了2种基体材料表面MoS2粘结固体润滑涂层的微动磨损性能,深入分析了基体表面预处理、涂层厚度及涂层固化温度等对涂层微动磨损寿命的影响.结果表明,通过提高基体材料硬度、增加涂层厚度、对基体表面进行喷砂预处理以及对涂层进行高温固化等均可不同程度地提高涂层的微动磨损寿命,其中高温固化对涂层磨损寿命的影响最显著;而基体表面喷砂处理对高温固化涂层磨损寿命的影响减弱.喷砂42CrMo基体表面涂覆的经高温固化的厚16±1μm的MoS2粘结固体润滑涂层的抗微动磨损性能最佳.

聚酰亚胺粘结MoS_2基固体润滑涂层在油介质中的摩擦学性能

为了探讨聚酰亚胺粘结MoS2基固体润滑涂层在油介质中的摩擦学性能及其作用机理,采用MHK-500型摩擦磨损试验机对聚酰亚胺粘结MoS2基固体润滑涂层在4种油介质(RP-3煤油、SG 15W-40机油、0#柴油和液体石蜡)中的摩擦磨损性能进行了评价,并对其机理进行了初步探讨.结果表明:与干摩擦相比,涂层在4种油介质中的摩擦学性能均得到显著提高,其中涂层在柴油介质中抗磨性能的提高最为突出;同种油介质中,涂层在高速(2.56 m/s)、低载(1 120 N)下的耐磨性明显优于低速(1.54 m/s)、高载(2 120 N)下的耐磨性;在低速(1.54 m/s)、高载(2 120 N)下的煤油介质中,涂层表面的物理状态在摩擦过程中的变化最终导致涂层摩擦系数的起伏和较大的磨损率.

石墨含量对石墨固体润滑涂层摩擦学性能的影响

利用简便的刷涂法在钢基体表面制备了石墨固体润滑涂层。利用MM200型摩擦磨损试验机对不同石墨含量的固体润滑涂层进行了详细的摩擦学性能对比试验。结果发现,石墨固体润滑涂层的摩擦学性能与石墨含量之间呈“马鞍形”变化规律,当石墨的质量分数为28%时,固体润滑涂层的减摩、耐磨性能最佳。

FM-510 型粘结固体润滑涂层的摩擦性能

针对航空发动机减磨延寿要求，研制了ＦＭ－５１０型粘结二硫化钼固体润滑涂层．采用ＭＲＨ－３环块摩擦磨损试验机和Ｆａｌｅｘ试验机考察了其摩擦性能．结果表明，ＦＭ－５１０型粘结二硫化钼固体润滑涂层的摩擦系数低、承载能力高、耐磨寿命长．

三种粘结固体润滑涂层微动磨损性能比较研究

采用Deltalab-Nene型微动摩擦磨损试验机和UMT-2型通用摩擦磨损试验仪对比考察了42CrMo钢基体表面MoS2基、石墨基、PTFE基粘结固体润滑涂层的微动磨损性能及其同涂层划痕临界载荷的相关性;基于微动损伤表面和截面扫描电子显微分析以及涂层原始表面和微动磨损表面X射线衍射分析,探讨了几种涂层的微动损伤机理.结果表明:3种涂层的减摩抗磨性能并不简单取决于其同基体的结合强度,而是同时与涂层本身的机械力学性能和微结构密切相关;涂层在微动早期经历较轻微的塑性变形和流动,并可沿滑动方向发生晶粒择优取向,进而在偶件磨损表面形成转移膜,从而有效地起到减摩抗磨作用;涂层的失效主要归因于往复疲劳应力作用下的裂纹萌生、扩展以及层状剥落.

含纳米LaF_3的固体润滑涂层摩擦学及抗腐蚀性能研究

研究了纳米LaF_3微粒对粘结固体润滑涂层耐磨性及耐腐蚀性能的影响,重点考察了纳米LaF_3填料的质量分数对涂层耐磨性的影响以及纳米和微米LaF_3填料对涂层耐腐蚀性的影响。结果表明:含1%纳米LaF_3的涂层的耐磨性最佳,而纳米LaF_3填料对涂层减摩性能的影响不大;纳米LaF_3填料可以更有效地提高涂层的耐腐蚀性能。

粘结石墨固体润滑涂层微动磨损性能研究

在不同位移幅值与载荷下研究了粘结石墨固体润滑涂层的微动磨损特性,并利用扫描电镜和X射线衍射仪分析了涂层微动磨斑。结果表明:粘结石墨涂层具有良好的抗微动损伤性能,随循环次数的变化只存在部分滑移区和滑移区,部分滑移区涂层损伤轻微;滑移区损伤严重,主要表现为裂纹萌生和扩展,最终按剥层机制呈层状剥落。

黏结石墨基固体润滑涂层在油介质中的摩擦学性能

为了探讨聚酰亚胺黏结石墨基固体润滑涂层在油介质中的摩擦学性能及其作用机制,采用MHK-500型摩擦磨损实验机对聚酰亚胺黏结石墨基固体润滑涂层在4种油介质(RP-3煤油、0#柴油、液体石蜡和SG 15W-40机油)中的摩擦磨损性能进行评价,并对其机制进行初步的探讨。结果表明:与干摩擦相比,涂层在4种油介质中的摩擦学性能都有显著提高,其中在柴油介质中涂层的抗磨性能提高最为突出,可能的原因是中等黏度的柴油介质在摩擦界面能形成足够厚的油膜,又能对涂层进行有效的冷却;同种油介质中,涂层在高速(2.56 m/s)、低载(1 120 N)下的耐磨性能明显优于低速(1.54 m/s)、高载(2 120 N)下的耐磨性能。

水性环氧粘结固体润滑涂层的摩擦学性能研究

水性环氧粘结固体润滑剂,以水作为分散介质,具有价格低廉、无毒、不燃等优点,并且不含VOC,是一类有很好的发展前景的环保型润滑剂。制备了一种环保型的含MoS2、石墨和Sb2O3的性能优良的水性环氧粘结固体润滑剂,其具有优异的理化性能和摩擦学性能,尤其是在微动磨损的条件下,其摩擦学性能优于有机溶剂型粘结固体润滑涂层对比样品。环保的摩擦学性能优异的水性环氧粘结固体润滑剂的制备,为环保型润滑剂的发展提供了很好的依据。

粘结石墨基固体润滑涂层的微动摩擦磨损性能

为了探讨粘结石墨基固体润滑涂层的微动摩擦磨损性能的作用机理,使用SRV微动摩擦磨损试验机对粘结石墨基固体润滑涂层在微动试验条件下的摩擦学性能以及抗承载能力进行研究,对其磨痕形貌和对偶转移膜进行分析。研究结果表明:粘结石墨基固体润滑涂层的磨损率随着试验载荷和摩擦速度的增大而减小;而摩擦因数随着试验载荷增大而减小,随摩擦速度增大而缓慢增大;在微动摩擦过程中,高载高速可以促进高质量转移膜在对偶表面形成,从而使得粘结石墨基固体润滑涂层具有良好的抗承载能力和优异的抗磨减摩性能。

聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂层微动磨损性能研究

在不同位移幅值与载荷条件下研究了酚醛环氧粘结聚四氟乙烯( PTFE)基固体润滑涂层的微动磨损特性 ,并利用扫描电子显微镜、表面轮廓仪和傅里叶表面红外仪等对涂层磨斑进行分析。结果表明 ,粘结 PTFE基涂层具有良好的抗微动损伤性能 ,随循环次数的变化只存在部分滑移区和滑移区 ,部分滑移区的损伤轻微 ,滑移区的损伤强烈依赖于载荷 ,其损伤与PTFE分子链在往复交变载荷作用下的疲劳断裂相关。

粘结固体润滑涂层在油润滑条件下的摩擦学性能

为了探讨粘结MoS2基固体润滑涂层在油润滑条件下的抗磨减摩性能,采用MHK-500型摩擦磨损试验机对粘结MoS2基固体润滑涂层在4种常用油(液体石蜡、RP-3煤油、4050滑油和CD-40柴油)润滑下的摩擦磨损性能进行了研究,考察了速度和载荷对润滑涂层在4种不同的常用油润滑下的摩擦磨损性能。结果表明,在低载荷(320N)试验条件下,4种常用油润滑下涂层的耐磨性比干摩擦下得到显著的提高,摩擦因数从0.12降低到0.08左右;但在高载荷(1100N)下,油润滑对涂层的摩擦磨损性能没有明显的改善。只有在合适的载荷下,固/油复合润滑技术可明显改善摩擦副的润滑性能。

WC/C固体润滑涂层的滑动摩擦磨损性能研究

在CETR UMT-2摩擦磨损试验机上用Si3N4陶瓷球和纯钛(TA2)球作为对磨副,对物理气相沉积(PVD)方法制备的WC/C固体润滑涂层进行了球-盘式的滑动摩擦磨损实验。利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和电子能谱(EDX)对磨损表面进行了微观分析,探讨了WC/C涂层的摩擦磨损机理。结果表明:滑动速度对WC/C涂层的摩擦特性影响很大,较小的滑动速度有利于在两种对磨副的磨痕表面形成致密连续的转移膜。Si3N4球作为对磨副时,WC/C涂层的损伤主要表现为剥层及氧化磨损;纯钛球作为对磨副时,涂层损伤表现为轻微的磨粒磨损和氧化磨损,WC/C涂层拥有良好的抗钛粘着性能。

有机固体润滑涂层的研究进展

结合有机涂层的主要特点,对比分析了4类碳素材料(石墨、金刚石、石墨烯和碳纳米管)、4类纳米氧化物(二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、氧化锌)、碳化物和氮化物对涂层摩擦磨损和力学性能的改善,系统对比概述了有机固体润滑涂层的研究进展。在此基础上,提出了有机固体润滑涂层未来的研究方向。