活塞环表面MoS2/Y复合涂层的制备及摩擦性能研究

摘要

活塞环是内燃机的核心部件之一，由于工作条件非常恶劣，工况复杂，使用中面临着严重的磨损问题。在活塞环的表面制备一层摩擦系数低、耐磨性能良好的MoS2自润滑涂层，可以有效改善缸套-活塞环摩擦副的摩擦磨损情况。现有方法制备的纯MoS2涂层存在制备过程复杂，结构疏松，结合力差，环境适应能力弱等不足。化学气相沉积（CVD）技术拥有工艺简单，制备涂层膜基结合力强，以及处理复杂形状工件能力较好等优点，广泛应用于耐磨，耐腐蚀，抗氧化涂层的制备。稀土元素钇（Y）可以增强涂层的致密性，细化晶粒，增强膜基结合强度，提高涂层的耐磨性能。因此本文利用CVD方法沉积了MoS2润滑涂层及改性的MoS2/Y复合润滑涂层，研究了沉积参数对涂层性能的影响，着重分析了MoS2/Y复合涂层在不同摩擦环境（大气环境、去离子水、润滑脂和润滑油）下的摩擦学行为，与不同加载载荷下的涂层摩擦磨损情况，分析影响涂层摩擦系数及使用寿命的因素，为MoS2复合涂层的制备和应用提供理论和实验支撑。
　　本研究主要内容包括：⑴在MoS2涂层的沉积过程中发现，不锈钢基体上直接生长MoS2时，会优先生成脆性较大的硫铁化合物层，不仅会阻碍MoS2的生成，还会劣化不锈钢的性能，在不锈钢基体表面预沉积一层T iN中间层可以解决这一问题。研究沉积参数对涂层性能的影响时发现，温度的控制对涂层的表面形貌，组成成分和摩擦学性能有着显著影响。实验结果表明，在820℃条件下沉积的MoS2涂层与其他温度沉积的涂层相比，表面结构均匀有序，反应彻底中间产物少，有较好的摩擦学性能。⑵将稀土元素Y添加到MoS2涂层中制备了改性的MoS2/Y复合润滑涂层，测试结果发现Y的添加可以使涂层的表面颗粒更加细小，消除涂层生长产生的柱状结晶，使涂层结构更加致密，结构的变化不仅提升了涂层的硬度和结合力，还有地效改善了MoS2润滑涂层在大气环境中的摩擦磨损性能，实验中沉积制备MoS2/Y复合涂层不仅摩擦系数低于纯MoS2涂层，而且耐磨时间是纯MoS2涂层的6倍。实验中还发现，MoS2/Y复合润滑涂层的摩擦学行为受到摩擦环境的影响较为显著，在水环境中摩擦时，复合涂层受到水的侵入，磨损加快；在润滑油条件下，由于润滑涂层和润滑油形成了复合润滑的效果，摩擦学性能优异。在多种载荷条件下摩擦时，摩擦过程的初期，摩擦面为弹塑性接触摩擦系数随载荷增加而减小，涂层在较长时间摩擦后会发生剥落，最终导致润滑失效，载荷增加会加速这一过程。

目录

声明

1. 绪论

1.1 引言

1.2 活塞环的磨损机理及表面处理技术

1.3 MoS2的性质及其固体润滑理论

1.4 MoS2涂层制备方法

1.5 选题依据和研究内容

2. 实验工艺及表征方法

2.1 涂层制备方法

2.2 涂层沉积工艺

2.3 涂层的表征技术

3. CVD法沉积MoS2涂层及其性能研究

3.1 引言

3.2 样品制备

3.3 TiN中间层的影响

3.4温度对MoS2沉积的影响

3.5 本章小结

4. MoS2/Y复合涂层的制备及性能研究

4.1 研究前言

4.2 样品制备

4.3 CVD法制备MoS2/Y复合涂层特性

4.4 涂层的摩擦学性能分析

4.5 本章小结

结论与展望

结论

工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢