镍基宽温域自润滑涂层的制备及摩擦学性能研究

发布时间：2020-10-14 15:16

　　 镍基宽温域自润滑涂层在高温摩擦学领域以其机械强度高、使用温度范围宽、摩擦系数与磨损率低等优点已成为空气箔片轴承等航空、航天高温摩擦部件的首选。本文采用高能球磨结合喷雾干燥造粒技术制备(Ni Cr Mo Al-Ag-Ba F_2/Ca F_2)镍基复合粉末,采用等离子喷涂在不同喷涂距离制备镍基自润滑涂层,研究了喷涂距离对涂层形貌,结合强度的影响机理,获得涂层最优喷涂距离;研究了宽温域(25-800℃)下涂层的摩擦磨损行为;并研究不同滑动速度、不同实验温度对涂层摩擦学性能的影响。主要研究结果如下:利用喷雾干燥设备改良镍基复合粉末流动性,并对该粉末进行了喷涂距离为50-200 mm范围的测试。测试结果表明,当喷涂距离较近时,会导致粉末融化不充分,速度较低,撞击动能小,无法铺展开来,出现了结合不牢,涂层表面颗粒化严重,同时涂层与等离子焰流近距离接触造成涂层二次烧蚀,对涂层质量造成不良影响;当喷涂距离较远时,粉末飞行时间长,动能不足,粉末过烧,与基体无法形成完全咬合。涂层在60-140 mm范围内喷涂得到的涂层厚度适中,呈现较佳沉积态。通过分析在该范围下涂层的微观形貌、粉末融化状态以及涂层拉伸强度,最终得出喷涂距离为100 mm时,涂层表面空隙及微裂纹较少,涂层致密,结合强度高。因此,确定了镍基宽温域自润滑涂层最优喷涂距离为100mm。利用最优喷涂距离参数,制备镍基自润滑涂层。测试了涂层在25-800℃与Inconel 718配副摩擦磨损性能。研究结果表明:采用高能球磨结合喷雾造粒法制备镍基复合粉末,通过等离子喷涂工艺能够获得由Ni-Cr、Ni_3Al、Mo、Ag和Ca F_2/Ba F_2等相组成的镍基高温自润滑涂层;在载荷10 N的条件下,涂层在25到800℃宽温域范围内具有优异的自润滑特性,平均摩擦系数低于0.25,磨损率在10~-55 mm~3 N~-11 m~(-1)量级;在宽温域范围内,涂层的低摩擦系数和磨损率得益于润滑剂Ag和Ba F_2/Ca F_2的“析出效应”,以及Ba F_2/Ca F_2、Ag、Ag_2Mo O_4、Ni Cr_2O_4和Ba Mo O_4等润滑剂的协同润滑效应。通过测试涂层在不同滑动速度(0.2-1.0 m/s)不同实验温度(25-800℃)的摩擦磨损性能,并结合表面磨痕SEM,对偶销EDS分析以及Raman光谱仪,研究温度、速度对涂层的摩擦学行为的影响。结果表明:在25℃到800℃,涂层的摩擦系数随着温度的增加呈先增加后降低的趋势,400℃时摩擦系数达到最高值0.37;800℃时摩擦系数降至最低值0.17。涂层摩擦系数随滑动速度的增加呈现先降后增的趋势,0.8 m/s时摩擦系数最低,约在0.29~0.17范围内;1.0 m/s时摩擦系数升高至0.27~0.2范围内。涂层优异的自润滑性能得益于软金属Ag的低剪切性,以及600~800℃范围内Ba F_2/Ca F_2、Ag与钼酸盐、铬酸盐等高温产物的协同润滑效应。
【学位单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG174.4
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 宽温域自润滑材料
        1.1.1 固体润滑剂简介
        1.1.2 宽温域自润滑复合材料
        1.1.3 宽温域自润滑涂层材料
    1.2 宽温域自润滑材料制备方法及研究现状
        1.2.1 气相沉积技术
        1.2.2 热喷涂技术
        1.2.3 粉末冶金技术
        1.2.4 其他方法
    1.3 宽温域润滑与磨损机制
        1.3.1 高温扩散析出效应
        1.3.2 转移膜理论
        1.3.3 釉质层理论
        1.3.4 协同效应
        1.3.5 磨损机制
    1.4 论文研究意义及内容
第2章 实验材料及涂层性能测试
    2.1 实验材料
        2.1.1 基体材料
        2.1.2 粉末材料
    2.2 试样制备
        2.2.1 粉末制备及团聚改性
        2.2.2 涂层制备
    2.3 测试分析
        2.3.1 粉末流动性与松装密度
        2.3.2 涂层组织结构分析
        2.3.3 表面粗糙度测量
        2.3.4 涂层的力学性能测试
        2.3.5 涂层孔隙率
        2.3.6 涂层的摩擦学性能测试
第3章 镍基自润滑涂层制备工艺和摩擦学性能
    3.1 引言
    3.2 实验结果与分析
        3.2.1 喷涂粉末
        3.2.2 喷涂工艺与涂层结构
        3.2.3 涂层的摩擦学性能
    3.3 本章小结
第4章 实验温度与滑动速度对镍基自润滑涂层摩擦学性能的影响
    4.1 引言
    4.2 实验结果
        4.2.1 涂层的组织结构及力学性能
        4.2.2 涂层的摩擦学性能
        4.2.3 涂层的磨损形貌
    4.3 分析与讨论
        4.3.1 实验温度对涂层摩擦学性能的影响
        4.3.2 滑动速度对涂层摩擦学性能的影响
    4.4 本章小结
结论
展望
参考文献
致谢
附录A 攻读硕士期间所发表的论文

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 郑有新;浅谈涂层表面颗粒不良现象[J];材料保护;2001年04期

2 陈慧敏;HYF—14耐高温防腐蚀保护涂层的研制[J];材料工程;1988年05期

3 王中 ,谢梅英 ,刘新 ,吴仲行;涂层组合材料穿管机顶头[J];钢铁研究总院学报;1988年03期

4 李勇明,胡行方;WO_3电变色涂层的研究[J];无机材料学报;1988年03期

5 Allan Matthews;Juhani Valli;王德文;;涂层的粘着性能试验[J];国外金属热处理;1988年04期

6 刘胜声;;用电子自旋共振预测涂层耐久性的快速方法[J];合成材料老化与应用;1988年01期

7 ;导电安全薄膜[J];技术经济信息;1988年12期

8 黄君明;;钌钛锡三元涂层使用情况[J];氯碱工业;1989年10期

9 叶茂;吴宏元;;钢丝拉拔润滑涂层的应用与发展[J];鞍钢技术;1989年07期

10 刘继旺;;最新的石油储罐涂层系列介绍[J];国外油田工程;1989年01期

相关博士学位论文 前10条

1 王璋;几种典型金属和涂层的冲击磨损机理研究[D];西南交通大学;2018年

2 孟建平;ZrN基光热转换涂层优化设计及热稳定性研究[D];北京有色金属研究总院;2016年

3 王晨;高韧性硬质纳米涂层的制备及力学性能研究[D];西北工业大学;2016年

4 蔡新杰;钦表面电沉积法构建抗菌高分子涂层及其性能研究[D];武汉大学;2016年

5 王茜;二硼化锆涂层的熔盐电沉积机制及耐熔融金属腐蚀性能研究[D];中国科学技术大学;2017年

6 阳颖飞;Pt改性铝化物涂层的制备科学及性能研究[D];中国科学技术大学;2017年

7 周鹏;3D打印钛合金表面多孔涂层促进骨整合的实验研究[D];第二军医大学;2017年

8 王光超;负载万古霉素具贯通孔图案结构钛涂层的制备及在骨科应用基础研究[D];第二军医大学;2017年

9 贺定勇;电弧喷涂粉芯丝材及其涂层的磨损特性研究[D];北京工业大学;2004年

10 李庆余;铝电解用惰性可润湿性TiB_2复合阴极涂层的研制与工业应用[D];中南大学;2003年

相关硕士学位论文 前10条

1 高举;氟硅丙烯酸聚氨酯疏水涂层的构效关系研究[D];福建师范大学;2017年

2 赵俊;耐高温红外低发射率涂层的制备与性能研究[D];电子科技大学;2018年

3 夏晨硕;一种新型高光谱涂层的设计与研制[D];南京大学;2018年

4 段军灵;多元多相复合定向结构涂层的制备及性能研究[D];兰州理工大学;2018年

5 孙洋;镍基宽温域自润滑涂层的制备及摩擦学性能研究[D];兰州理工大学;2018年

6 郭麒;C/C复合材料表面CoNiCrAlTaHfY/Co涂层及其高温氧化性能研究[D];太原理工大学;2018年

7 吉旖;炭系电热涂层—层状复合电热陶瓷的制备与性能研究[D];华南理工大学;2017年

8 刘孟奇;电弧离子镀CrAlSiN涂层结构与性能研究[D];西北师范大学;2017年

9 谭中元;基于前线聚合原理的雷达隐身涂层快速制备及修复研究[D];南昌航空大学;2017年

10 刘小镇;C/C复合材料表面等离子渗锆、铬涂层及其高温氧化性能研究[D];太原理工大学;2017年

本文编号：2840837