车轴上等离子喷涂制备MoS_(2)-Ag基涂层的组织和摩擦学性能

为了确保机械传动部件在高温环境下稳定运行,延长使用寿命,通过等离子喷涂(APS)工艺制备得到MoS_(2)-Ag涂层,并对比了加入不同含量Ag情况下对涂层耐磨性的影响,探讨了在宽温域区间对涂层润滑性造成的影响。研究结果表明:涂层表面都是由致密组织构成,通过观察涂层截面区域可以发现还存在具有分层结构的等离子喷涂痕迹,涂层与基底结合界面形成了致密组织,没有产生裂纹和微孔。Ag粉在高温环境中已经和MoS_(2)发生了共同沉积,测试发现各涂层的元素组成和喷涂粉末基本一致。增大Ag的含量后,表现出更小的摩擦系数,磨损率较常温时明显降低。当涂层内的Ag比例增大后,在磨损过程中产生了更光滑表面,其中20%Ag涂层的磨损表面达到了最光滑状态,未发生剥落或产生犁沟结构。受到高温作用较易发生高温断裂,从而在高温下能够获得良好的润滑性。

MoS_(2)涂层螺栓连接的摩擦界面失效机制研究

在螺栓表面进行MoS_(2)涂层涂覆处理可提高其减摩性能进而减缓磨损,但也导致螺栓连接时螺纹表面磨损机制更为复杂。通过仿真与实验研究探究MoS_(2)涂层螺栓连接的摩擦界面失效机制,通过ABAQUS仿真软件将MoS_(2)涂层引入螺栓连接结构有限元模型中,得到在不同预紧力和界面摩擦因数下涂层螺栓螺纹处的应力分布及相对滑移幅值,并通过实验验证模型的准确性。结果表明:增大预紧力有助于MoS_(2)涂层螺栓连接防松,但预紧力过大会使螺栓连接界面的应力应变增大进而产生塑性变形,导致螺栓连接的防松效果降低;增大界面摩擦因数将使得螺栓连接界面的应力应变增大,导致其磨损程度也相应增加,并且第一圈工作螺纹磨损程度最严重;螺栓表面有无涂覆MoS_(2)涂层的应力分布规律和相对滑移幅值变化趋势基本相同,且在螺纹牙底均出现应力集中现象;但涂覆MoS_(2)涂层后的应力值相对较小,且螺纹表面的磨损程度降低,其摩擦界面失效机制主要为疲劳磨损。

Ni-WS_(2)/MoS_(2)包覆WC-12Ni粉体对HVOF涂层摩擦磨损性能的影响

以化学共沉积Ni-WS_(2)/MoS_(2)包覆WC-12Ni粉体为原料,在17-4PH不锈钢基体上制备了超音速火焰喷涂(HVOF)涂层。采用场发射扫描电子显微镜对涂层组织结构进行表征,分别通过测定涂层的显微硬度、摩擦系数和磨损率,并结合粉体特征及涂层的孔隙结构分析来评价涂层摩擦学性能。实验结果表明,通过化学共沉积包覆喷涂粉体引入固体润滑剂,不仅能保证喷涂粉体的流动性,还能实现较均匀固体润滑剂掺杂,显著降低涂层孔隙率、提高致密化程度,获得低摩擦系数、低磨损率以及提高的涂层硬度和耐磨性。其中,由于WS_(2)与WC硬质合金有更好的成分相容性,WC-Ni-WS_(2)涂层的减摩耐磨性能要优于WC-Ni-MoS_(2)涂层。

碳纤维-MoS_(2)复合涂层的高温摩擦学性能研究

为了改善固体润滑复合涂层在高温条件下的稳定性,添加纳米碳纤维(CF)对MoS_(2)涂料进行性能优化,并在铝合金基体上制备添加不同质量分数CF粉末的涂层;在CFT-Ⅰ型高速往复摩擦磨损试验机上考察涂层在不同温度下的稳定性、耐磨性能,利用超景深显微系统对涂层表面磨痕形貌进行观测,分析涂层的磨损机制。结果表明:在温度为20~100℃时,温度对涂层整体性能的影响较小,随CF质量分数的增大,涂层摩擦因数先增大后减小,磨痕深度先减小后增大,CF质量分数为1.5%时涂层摩擦因数最大,磨痕深度最小;当温度为200℃时,随CF质量分数的增大,涂层摩擦因数不断增大,磨痕深度大幅增大,且不同CF质量分数对磨痕深度的影响显著。添加CF能够在涂层内部形成网状骨架结构,同时起到稳定涂层结构、传递热量的作用,因而可使涂层表现出较好的耐热性能和耐磨性能;在200℃高温下,CF质量分数为1.5%的涂层的磨损面积和涂层犁皱高度相比未添加CF的涂层分别减少了21.6%和24.6%,表现出较好的抗高温变形性能和耐磨性能。

锆合金表面MoS_(2)基粘结固体润滑涂层的润滑及失效机理研究

锆合金挤压作为核燃料元件生产的关键工艺,面临传统润滑方式难以满足要求的问题,需要对挤压润滑剂的润滑性能和失效形式进行系统性研究。在锆合金表面制备了耐高温MoS_(2)基粘结固体润滑涂层,用高温球-盘试验机模拟研究了涂层在热挤压试验时的润滑性能,用扫描电镜和三维光学数码显微镜分析了涂层摩擦后的表面形貌以及磨痕表面和截面形貌,用能谱仪分析了高温下涂层中粘结剂及润滑颗粒成分的变化,用拉曼光谱分析了磨痕处涂层成分的变化。涂层在400和600℃短时保温(10 min)后摩擦表现出优良的润滑性能,其摩擦系数均在0.05左右,这归因于MoS_(2)在高温条件下依旧保持优良的层状结构,在高温强载荷下基本未发生摩擦化学现象;但是在600℃保温60 min后,涂层内MoS_(2)由于长时间保温而氧化失效,润滑性能大幅度降低。根据MoS_(2)基粘结固体润滑剂不同使用温度及保温时间,探究以MoS_(2)为主要润滑成分的润滑剂在高温强载荷条件下的润滑性能及失效形式,为MoS_(2)基粘结固体润滑涂层在金属塑性加工领域的应用提供了理论依据。

氮化和喷涂MoS_(2)涂层的不锈钢试样振动后抗咬死性能分析

目的研究氮化和喷涂MoS_(2)涂层的异种不锈钢试样,经振动试验后的抗咬死性能及失效原因。方法利用三角级数法转化得到了振动参数,对底座(Ⅰ型不锈钢)和拉杆(Ⅱ型不锈钢)的模拟件进行了气体氮化和常温喷涂MoS_(2)涂层处理,采用三维显微镜、XRD、SEM、EDS和模拟振动试验平台对试样进行了表征。结果Ⅰ型和Ⅱ型不锈钢氮化后的表面物相主要是γ′-Fe_(4)N、ε-Fe_(2-3)N和CrN。Ⅰ型不锈钢和Ⅱ型不锈钢表面的MoS_(2)涂层厚度分别为30~40μm、20~30μm,氮化层的总厚度分别约为165、230μm。在模拟振动平台上,底座与拉杆咬死失效时间在30~45 min之间。底座和拉杆的上、下接触面磨损较严重,内接触面发生了轻微磨损。拉杆的下接触面发生旋转,上接触面继续保持接触,上下接触面的摩擦力大于拉杆的重力,从而发生了咬死现象。结论底座和拉杆局部表面粗糙度增加、拉杆直径比底座内表面高度方向尺寸大0.28 mm、互溶性大且含立方晶体结构氮化物的氮化层之间直接接触,是振动45 min并旋转后试样发生咬死的主要原因。建议改进底座和拉杆的尺寸、表面处理层和工艺参数。

无气喷涂MoS_(2)/Cu/C复合涂层对海上管柱螺纹抗粘扣性能的影响

目的采用无污染的无气喷涂表面处理工艺,制备MoS_(2)/Cu/C复合涂层,提高海上管柱螺纹抗粘扣性能。方法在MoS_(2)/C涂层中掺杂纳米级Cu粉末,采用无气喷涂+高温固化+喷砂处理工艺,制备MoS_(2)/Cu/C复合涂层。通过显微组织、硬度测定和摩擦试验,分别评价MoS_(2)/Cu/C复合涂层的微观组织、显微硬度和摩擦系数,并通过扫描电子显微镜对MoS_(2)/Cu/C复合涂层进行形貌分析。最后,在实物试样上进行上卸扣试验,测试其抗粘扣性能。结果无气喷涂+高温固化过程中,半熔融粉末经过多次叠加,沉积形成致密的结构,未见明显孔隙。对MoS_(2)/Cu/C复合涂层进行喷砂预处理,可明显提高涂层的均匀度,增加涂层的粘结强度。涂层与基体之间呈锯齿形紧密机械结合,喷砂无气喷涂前后,基体硬度未发生改变,未对金属基体造成不利影响。MoS_(2)/Cu/C复合涂层在螺纹表面结合形成光滑的保护膜,螺纹表面摩擦系数降低,上扣扭矩降低幅度为19%~23%。结论在MoS_(2)/C涂层中掺杂纳米级Cu粉末,形成MoS_(2)/Cu/C复合涂层,可有效降低螺纹表面的摩擦系数,同时不降低本体强度。采用无气喷涂+高温固化得到MoS_(2)/Cu/C复合涂层,可有效提高石油管螺纹的抗粘扣性能,在海上钻完井现场已取得成功应用,该技术具有极大的借鉴意义和推广价值。

MoS_(2)/C复合涂层在不同对磨副下的冲击磨损行为研究

在基于动能控制的冲击磨损设备上,以球-平面接触的方式,探究304不锈钢基体和MoS2/C复合涂层在不同对磨副冲击下的磨损行为,并分析摩擦界面响应及磨损机制。结果表明:随着冲击副材料的弹性模量增加,冲击接触峰值力以及能量吸收率逐渐上升,对应的磨损量及磨损率也随之提高;MoS2/C复合涂层的接触应力、能量吸收率以及磨损均要低于304不锈钢基体;涂层的冲击磨损形式主要为材料的剥落与磨屑堆积,磨损机制为塑性变形以及摩擦氧化。

原位聚合法制备聚苯胺改性MoS_(2)及其环氧复合涂层的防腐性能

为提高环氧涂料的防腐性能,本文引入MoS_(2)纳米片作为阻隔剂,并在MoS_(2)纳米片表面原位聚合聚苯胺(PANI),制备了夹层结构i-PANI@MoS_(2)纳米片,利用PANI提高涂层的导电性,达到阳极钝化的效果。研究发现,当PANI与MoS_(2)的摩尔配比增大到7∶1时,MoS_(2)片层表面被PANI均匀覆盖,改性效果最好。与环氧树脂复合后,i-PANI@MoS_(2)-7纳米片在环氧树脂中均匀分散,复合涂层导电率提高,PANI与MoS_(2)起到了协同防腐作用,此时i-PANI@MoS_(2)纳米片既作为涂层中的阻隔剂,又作为电化学腐蚀保护剂,因此复合涂层具有最大的阻抗值、最大腐蚀电压以及最小的腐蚀电流密度,防腐性能优异。但PANI与MoS_(2)配比进一步增大,MoS_(2)纳米片表面的聚苯胺会发生团聚,导致复合涂层的防腐性能下降。

表面钝化与MoS_(2)涂覆对17-4PH螺栓盐雾环境下力学与腐蚀性能的影响

目的 研究钝化处理与MoS_(2)涂层对螺栓盐雾环境下耐腐蚀与力学性能的影响。方法 针对2种不同的表面处理(钝化,MoS_(2)涂覆)的17-4PH螺栓,采用SEM、EDS对腐蚀后螺栓表面涂层进行表征,采用往复摩擦试验获得表面处理后的摩擦因数;对螺栓进行长时盐雾腐蚀实验,对腐蚀后的螺栓进行标准拉伸实验,对腐蚀表面进行显微形貌观察,以获得处理后螺栓抗腐蚀能力。结果 钝化层与MoS_(2)涂层厚度分别为10.7μm和12.5μm,钝化后往复摩擦试验中的平均摩擦因数为0.85,而MoS_(2)涂层平均摩擦因数仅为0.2,对应螺栓摩擦因数则分别为0.081与0.073;在长时盐雾腐蚀过程中,钝化螺栓在192h后螺栓头部与螺纹处出现腐蚀现象,1 800 h后出现严重腐蚀,表面腐蚀但螺栓断裂强度下降并不明显;在0~6 500 h的盐雾腐蚀实验中,涂覆MoS_(2)涂层的螺栓头部与螺纹处均出现明显腐蚀现象,但是螺栓表面开始出现MoS_(2)涂层剥落。结论 与表面钝化相比,表面涂覆MoS_(2)涂层具有更小摩擦因数,且对螺栓盐雾腐蚀防护更有效,能在3 750 h内完全不锈蚀,在6 500 h时发生大面积MoS_(2)涂层剥落,此外,盐雾表面腐蚀对螺栓拉伸断裂强度影响较小。

掺杂银对超音速火焰喷涂NiCr/Cr3C2-BaF2·CaF2涂层的影响

以机械混合方法制备的NiCr/Cr3C2-BaF2·CaF2-Ag复合粉末为喷涂粉末,采用超音速火焰喷涂技术制备NiCr/Cr3C2-BaF2·CaF2-Ag自润滑复合涂层.利用XRD研究了涂层的相组成和晶体结构,利用SEM对其微观形貌进行了表征.使用显微硬度计和万能试验机分别对涂层的硬度和结合强度进行评估,并采用球-盘式高温摩擦磨损试验机检测涂层在25~800℃范围内的摩擦磨损性能.结果表明:金属Ag的掺杂仅略微降低了涂层的硬度和结合强度,且涂层在25~800℃范围内表现出良好的摩擦磨损性能;Ag的塑性使得涂层在25~350℃温度范围内具有良好润滑性;温度达到500℃及以上时,磨痕表面反应产生的AgCrO2和BaCrO4对涂层的耐磨、减摩发挥着重要作用.

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。

航天功能防护涂层设计与调控

随着航空航天技术的不断发展,航天材料在使用过程中会面临更加复杂苛刻的服役环境,研究出具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性等不同防护功能的涂层材料成为当前的研究重点。本文系统归纳和评述了润滑涂层、耐磨涂层与耐蚀涂层材料的研究进展,主要包括DLC薄膜、MoS_(2)薄膜、氮化物涂层、石墨烯基涂料等。在此基础上并探讨了复合、梯度多层、纳米多层等结构设计方法和工艺技术及对涂层性能的增强机制。指出航天功能防护涂层未来将向着通过跨尺度结构设计,综合多种防护机理制备出超长寿命的航天功能防护涂层的方向发展。

超疏水MoS_(2)纳米涂层叶片防覆冰特性研究

本研究提出了一种采用水热法合成超疏水MoS_(2)纳米材料制备防覆冰涂层的方法。对涂层进行了制备、对NACA0018翼型两种基材试验模型叶片进行了涂覆、对涂覆MoS_(2)纳米涂层前后的试验模型叶片进行了表面水滴接触试验和结冰风洞防覆冰特性试验研究。研究表明:涂覆MoS_(2)纳米涂层后,在单位面积结冰质量与最大结冰厚度上,两种基材均有降低。已涂覆MoS_(2)涂层叶片结冰附着力均小于未涂覆MoS_(2)涂层叶片结冰附着力。经接触角测量仪分析,发现MoS_(2)纳米涂层与水的接触角为145.8°;用X射线衍射(XRD)和场发射电子扫描显微镜(SEM)进行晶体结构分析和形貌结构分析,发现MoS_(2)纳米片团簇为超薄超小的片状形貌,具有典型的超疏水纳米结构。因此,涂层可降低叶片表面摩擦性能、具有极大的比表面积优势与良好的防覆冰特性。本文的研究对于叶片防覆冰研究工作具有重要的参考价值。

离焦量对MoS_(2)改性Fe-Cr-Mo-Si合金涂层组织与性能的影响

采用激光熔覆技术在40Cr钢基材上制备了MoS_(2)改性的Fe-Cr-Mo-Si合金复合涂层,研究了离焦量对复合涂层的宏观形貌、微观组织、显微硬度及耐摩擦磨损性能的影响。结果表明,随着离焦量的增大,复合涂层表面越光滑平整,复合涂层与基材间冶金结合越好;复合涂层上部为细小的等轴晶,中部为树枝晶,底部为垂直熔合线生长的柱状晶及平面晶,等轴晶晶粒尺寸随离焦量增大而减小;随着离焦量的增大,复合涂层硬度值随之增大,离焦量为2 mm时复合涂层上部显微硬度值最高,达696.1 HV0.5,约为基材(230.6 HV0.5)硬度的3倍;在相同磨损工况下,复合涂层平均摩擦因数及磨损量随离焦量增大而减小,在离焦量为2 mm时具有最小磨损量0.010 g,仅为Fe基涂层磨损量的21.7%;复合涂层磨损机制为磨粒磨损和粘着磨损,随着离焦量的增大,复合涂层表面磨损程度越小,耐磨性能越好。