固体润滑涂层包括基体材料、润滑材料以及耐磨材料,固体润滑涂层的性能除了与润滑材料种类有关外,粘结剂的性能对涂层的主要使用性能有重要的影响,如耐磨寿命、承载能力、耐油性、耐高温性、耐辐射性等等。自从固体润滑涂层技术在上个世纪中期投入实际使用以来,随着化学工业的不断发展和进步,固体润滑涂层“骨架”——粘结剂的品种大大增加,性能也大幅度提高,以及对各种添加剂协同作用的研究,促进了固体润滑涂层性能指标的提升[1]。10873
润滑油脂在真空条件下会急剧蒸发干燥而失效,所以不宜作为真空机械的润滑材料,而固体润滑涂层则不存在此类问题,因而固体润滑涂层在空间技术方面得到了广泛应用,尤其是在真空防冷焊方面,发挥了其他润滑材料无法代替的作用。固体润滑涂层使用温度范围宽,从极低-200℃到1000℃的高温[2]都有可适用的产品,而普通的润滑油的使用温度的范围相对较小大致是-70℃到380℃,固体润滑涂层在使用温度范围内无相的变化,摩擦系数也比较稳定。固体润滑涂层在高低温条件下的应用已经非常普遍,如各类发动机的高温滑动部件、气缸、活塞环、飞机上的其他高温滑动件、远程炮的炮膛、金属热加工模具炼钢机械、热电机械,固体润滑膜在高低温条件下的成功运用解决了一系列高低温机械特殊润滑难题,为高低温机械的技术进步奠定了材料基础,显示了重大的社会经济效益。固体润滑涂层除了具有优异的摩擦学性能外,还具有防腐,防污、防震和降噪作用,是适用于腐蚀环境和解决环境污染问题的理想润滑材料,事实上某些固体润滑涂层的防腐性能甚至与某些防腐涂料相当,已经在海洋机械设备、化工设备、水中机械和野外作业设备等方面的到了广泛的应用。
2固体润滑膜制备技术
2.1非平衡磁控溅射
非平衡磁控溅射通过采用非平衡闭合磁场,以获得非常高的离子束电流密度,可改善薄膜的特性,提高其附着性。Teer等[3]利用闭合场非平衡磁控溅射技术制备了非晶态的MoS和Ti的共溅膜(MOST)。MoST膜具有优良的摩擦磨损性能,其摩擦系数与载荷、湿度有关。在大气中高载荷下,摩擦系数为0.02,而在低载荷下为0.08;即使在高湿度下(相对湿度41%),MoST膜10000周期,摩擦系数仍保持在0.04,说明MoST膜具有优良的抗湿性。
2.2等离子体离子注入法
等离子体离子注入法是对置于等离子体中的衬底施加负偏压,使等离子体中的离子均匀地照射到衬底的表面来制备薄膜的方法。Liao和Xia等[4]利用PBII法在2024铝合金的表面制得梯度A1N/Ti/TiN/DLC膜,该梯度膜表面致密,膜层较厚,具有良好的摩擦学性能,同时还能够消除涂层的内应力。
2.3等离子体增强化学气相沉积法
等离子体增强化学气相沉积具有沉积温度低,绕射性好,制备的薄膜均匀致密等诸多特点而成为最常用的方法之一。Yang和Sekino等[5]运用PECVD技术,以CH4和(C2H2O)Si为前驱体,在硅片上制备了SiO2/DLC的复合膜。该复合膜与基体结合良好,无表面起皱和分层现象,具有低的摩擦系数、抗磨和抗湿性好等优点。通常情况下,单一的涂层制备技术不能满足实际的需要,可以同时采取多种工艺来制备高性能的固体润滑涂层。
2.4双脉冲电沉积法
复合材料的晶粒尺寸、表面形貌和显微硬度不仅与电解液组成有关,还与工艺条件密切相关,脉冲电沉积技术能够改变复合材料的组织和组成,被认为是控制复合材料表面力学性能的一种最有效的方法。与直流电沉积相比,电沉积具有更高的瞬时电流密度,通过改变脉冲导通时间、脉冲关断时间、脉冲峰值电流密度和脉冲平均电流密度等脉冲参数,能够很好地改善复合材料的组织和性能,近几年来已经发展成为一项经济可行的工艺技术。
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