金属基纳米/亚微米固体自润滑涂层的性能研究

摘要

本文针对YAG激光熔覆和HVOF喷涂两种不同工艺制备的Ni基固体自润滑涂层的显微硬度、结合强度和摩擦磨损特性进行了系统的研究，分析了纳米/亚微米固体润滑相的存在对涂层性能的影响机制。设计出了一套粘结试样的装置，有效测定了超音速喷涂层的结合强度；系统研究了室温和高温下，固体自润滑涂层摩擦系数和磨损性能的测定和评估方法，对涂层摩擦磨损性能的影响因素进行了研究。
　　 对激光熔覆的固体自润滑涂层的显微结构分析显示，激光熔覆层中存在着大量的M7C3，润滑相弥散的分布在其周围，形成软硬交替的结构；含润滑相的涂层硬度在HV800左右，比纯镍基粉末熔覆层低。激光熔覆Ni60-BN和Ni60-WS2复合涂层的摩擦系数为0.37，比激光熔覆纯Ni60的摩擦系数（0.5-0.6）低30%左右；常温下，激光熔覆Ni60-BN和Ni60-WS2复合涂层的耐磨性比纯Ni60涂层分别提高5倍和10倍以上；400℃下，激光熔覆Ni60-BN和Ni60-WS2复合涂层的耐磨性比纯Ni60涂层分别提高4倍和3倍以上。
　　 采用HVOF喷涂工艺制备了纳米固体润滑涂层，测定了喷涂层与基材的结合强度及其摩擦磨损性能。超音速喷涂纳米固体润滑涂层与基材的结合强度约为20MPa，断裂发生在涂层内部，这与润滑相与金属基材的界面相容性不好有直接关系；WS2含量为5%的涂层摩擦磨损性能最优异，摩擦系数明显下降，从未喷涂的0.5下降到0.35左右。