等离子喷涂制备镍铝基宽温域自润滑涂层及摩擦学性能研究

摘要

固体自润滑复合材料由于特殊的优异性能，可以运用在高温、高真空、强辐射、高负载等特殊工况条件下，可以解决某些航天航空、化工冶金等机械设备的摩擦磨损问题，因此得到了大量的研究。合理利用多种固体润滑剂，是实现常温到高温宽温域范围内润滑的有效方法之一。 本文采用等离子喷涂优化工艺制备了以Ag为中低温润滑相，共晶氟化物或摩擦产物含Ag金属氧化物为高温润滑相，以Cr2O3为增强相的镍铝基宽温域润滑涂层，测试了涂层从室温到750℃宽温域下的摩擦学性能，研究了温度、组分和含量等因素对润滑涂层摩擦磨损性能的影响，通过XRD、SEM、EDS、Raman等测试分析手段对涂层的表截面和磨损区域进行了检测分析，并对复合润滑涂层在各个温度段下的摩擦与润滑行为进行了讨论。 本文采用正交优化实验的方法，研究了大气等离子喷涂NiAl-Cr2O3复合涂层过程中喷涂距离、喷涂电流和氩气流量对涂层质量的影响，确定了最优喷涂参数为喷涂距离:8cm，喷涂电流:660A，氩气流量:2600L/h。 NiAl-Mo-Ag-BaF2/CaF2-Cr2O3复合涂层中，添加20wt.％Cr2O3提高了涂层硬度，将磨损率降低了一个数量级(10-4mm3/Nm到10-5mm3/Nm)，在常温下得到低的磨损率(低于5.312×10-5mm3/Nm)，由于高温氧化产物钼酸银的作用，涂层在750℃下的摩擦学性能得到提高;增加润滑剂Ag的含量(5wt.％-10wt.％)，涂层400℃及以上温度段摩擦系数和磨损率增大;添加5wt.％共晶氟化物，降低了涂层摩擦系数降低和磨损率，含量继续增加到10wt.％时，涂层力学性能下降，摩擦系数和磨损率增大;通过性能比较65％NiAl-5％Mo-5％Ag-5％BaF2/CaF2-20％Cr2O3涂层展示更好的摩擦学性能，涂层在各个温度段保持着较好的摩擦学性能。 NiAl-Ta-Ag-Cr2O3复合涂层中，由于硬度高以及Ag的润滑，常温涂层磨损率低(数量级10-7mm3/Nm);在750℃下，产生的AgTaO3有利于致密氧化膜的形成，降低了涂层高温段下的摩擦系数和磨损率;Ta从5wt.％增加到10wt.％，400℃以上温度段的摩擦系数增加;Ag质量分数增加到10％时，所有温度段范围内的摩擦系数及磨损率均降低，Ag含量为15wt.％，涂层摩擦系数和磨损率在所有温度段均会增加;65％NiAl-5％Ta-10％Ag-20％Cr2O3涂层显示出更好的摩擦学性能，涂层在各个温度段保持着更低的摩擦系数和磨损率。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1研究背景

1．2等离子喷涂技术及进展

1．2．1热喷涂技术理论基础

1．2．2等离子喷涂技术特点及进展

1．3固体自润滑材料

1．3．1固体润滑剂

1．3．2固体自润滑复合材料

1．4宽温域固体自润滑涂层

1．4．1宽温域固体自润滑涂层成分设计

1．4．2宽温域固体自润滑涂层研究进展

1．5摩擦表面物理化学现象

1．6论文研究的内容

1．6．1研究意义及目的

1．6．2研究内容

1．6．3要解决的问题

2等离子喷涂层制备及表征

2．1等离子喷涂涂层的制备

2．1．1试验原材料

2．1．2等离子喷涂设备

2．1．3等离子喷涂涂层的制备方法

2．1．4等离子喷涂工艺参数的优化

2．2等离子喷涂涂层表征方法与设备

2．2．1材料成分分析(EDS)

2．2．2材料物相分析(XRD、RAMAN)

2．2．3材料形貌与组织观察(SEM)

2．2．4材料三维形貌观察

2．3等离子喷涂涂层性能评价

3等离子喷涂工艺参数优化

3．1前言

3．2粉末特征表征

3．3 NiAl-Cr2O3涂层等离子喷涂工艺参数的优化

3．3．1试验结果

3．3．2分析与讨论

3．4本章小结

4等离子喷涂NiAl-Mo-Ag-BaF2／CaF2-Cr2O3涂层组织与性能研究

4．1引言

4．2．2 NiAl-Mo-Ag-BaF2／CaF2-Cr2O3涂层表面微观形貌分析

4．2．3 NiAl-Mo-Ag-BaF2／CaF2-Cr2O3涂层截面微观形貌分析

4．3 NiAl-Mo-Ag-BaF2／CaF2-Cr2O3涂层摩擦学性能及分析

4．3．2 NiAl-Mo-Ag-BaF2／CaF2-Cr2O3涂层在不同温度下的摩擦系数

4．3．3 NiAl-Mo-Ag-BaF2／CaF2-Cr2O3涂层磨痕在不同温度下轮廓图

4．3．4 NiAl-Mo-Ag-BaF2／CaF2-Cr2O3涂层在不同温度下的磨损率

4．3．5 NiAl-Mo-Ag-BaF2／CaF2-Cr2O3涂层磨痕在不同温度下的微观形貌

4．3．6 NiAl-Mo-Ag-BaF2／CaF2一Cr2O3涂层磨痕在不同温度下的拉曼图谱分析

4．4本章小结

5等离子喷涂NiAl-Ta-Ag-Cr2O3涂层组织与性能研究

5．1引言

5．2 NiAl-Ta-Ag-Cr2O3涂层组织结构分析

5．2．2 NiAl-Ta-Ag-Cr2O3涂层表面微观形貌分析

5．3 NiAl-Ta-Ag-Cr2O3涂层摩擦学性能及分析

5．3．2 NiAl-Ta-Ag-Cr2O3涂层在不同温度下的摩擦系数

5．3．3 NiAl-Ta-Ag-Cr2O3涂层磨痕在不同温度下的轮廓图

5．3．4 NiAl-Ta-Ag-Cr2O3涂层在不同温度下的磨损率

5．3．5 NiAl-Ta-Ag-Cr2O3涂层磨痕在不同温度下的微观形貌

5．3．6 NiAl-Ta-Ag-Cr2O3涂层磨痕在不同温度下的拉曼图谱

5．4本章小结

6结论

致谢

参考文献

附录