NiCrAlY/NiCrAlY-Ag-MoS2多层薄膜制备及宽温域摩擦学性能研究

作     者：卢金德 

作者单位：广东工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李风;代明江

授予年度：2021年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：磁控溅射技术 镍基润滑薄膜 宽温域摩擦学性能 多层薄膜 氧化处理 

摘      要：镍基宽温域自润滑薄膜在宽温域范围内具有优异的力学性能、抗氧化性能及摩擦学性能,对提高服役于宽温域下的摩擦部件的使用寿命和性能具有重要的意义。本文基于原位反应生成润滑相和多润滑相协同润滑理论,制备镍基自润滑薄膜。研究多相耦合对薄膜组织结构及宽温域摩擦学性能的影响,并分析了薄膜在室温至700℃下的摩擦磨损机制。本文采用离子源复合磁控溅射技术在GH4169高温合金表面制备不同MoS含量的NiCrAlY-MoS薄膜、不同调制比的NiCrAlY/NiCrAlY-Ag-MoS多层薄膜。通过能谱分析仪(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、显微硬度计和洛氏硬度计对不同薄膜的化学成分、微观结构和力学性能进行分析。同时,采用摩擦磨损试验机研究薄膜在宽温域内的摩擦学性能,并通过对不同温度摩擦试验后的磨痕进行检测分析,研究薄膜在不同温度下的摩擦磨损机制。研究了MoS的掺杂量对NiCrAlY-MoS薄膜性能的影响。结果表明:MoS的掺杂使得晶粒团簇加剧,降低了复合薄膜的致密度和显微硬度,但随着MoS的加入,制备的NiCrAlY-MoS薄膜摩擦学性能提高,薄膜摩擦系数降到0.038～0.09,最小磨损率达到2.14×10 mm/Nm,且NiCrAlY-MoS薄膜高温氧化后仍表现出良好的耐磨性能。MoS掺杂量为48.1%时,NiCrAlY-MoS薄膜表现出良好的综合性能。通过设计不同的调制比制备NiCrAlY/NiCrAlY-Ag-MoS多层薄膜。研究调制比对NiCrAlY/NiCrAlY-Ag-MoS多层薄膜结构及性能的影响。结果表明:多层结构提高了薄膜的致密度及综合力学性能,多层薄膜硬度达到426HV;多层薄膜在低温下的摩擦系数随着薄膜调制比的增大而增大,而在500℃时,多层薄膜摩擦系数在0.3～0.35间,此时,薄膜磨损率随着调制比的增大而降低到5.08×10 mm/Nm。调制比为1:2的多层薄膜在室温～500℃下表现出较好摩擦学性能。通过对多层薄膜磨痕进行研究,发现低温下薄膜主要由MoS提供润滑,而500℃时,Ag和MoO起主要润滑作用。对NiCrAlY/NiCrAlY-Ag-MoS多层薄膜进行高温氧化处理。结果表明,氧化处理使得多层结构复合薄膜结构致密性和力学性能大幅提高,硬度达到580～630 HV。且氧化处理后调制比为1:4的多层薄膜在室温～700℃下的表现出较好摩擦学性能,薄膜摩擦系数在0.3～0.34间,磨损率在10 mm/Nm量级。700℃时,摩擦表面生成的Mo O和AgMo O有效降低了薄膜的摩擦磨损。