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Y_(2)O_(3)含量对大气等离子喷涂Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合涂层微观结构和力学性能的影响

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表面技术 2024年第7期53卷 208-216页

作者：马文强赵晓琴安宇龙卜珍宇孙初锋周惠娣陈建敏西北民族大学化工学院兰州730030 中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室兰州730000

目的探究掺杂不同质量分数Y_(2)O_(3)对Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合涂层微观结构及其力学性能的影响。方法采用大气等离子喷涂制备Al_(2)O_(3)涂层,以及Y_(2)O_(3)质量分数分别为10%、20%、30%、40%的Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合涂层。利用SEM、EDS对粉末以及不同涂层的形貌、组织结构、元素分布进行分析。使用XRD表征粉末和涂层的物相。使用显微硬度仪、纳米压痕测试仪和电子万能试验机对涂层的显微硬度、弹性模量以及断裂韧性等力学性能进行测试分析。结果Al_(2)O_(3)喷涂粉末的物相由α-Al_(2)O_(3)组成,而喷涂得到的Al_(2)O_(3)涂层则由α-Al_(2)O_(3)、γ-Al_(2)O_(3)组成。加入Y_(2)O_(3)后,对复合涂层中γ-Al_(2)O_(3)的生成有一定的抑制作用。随着喷涂粉末中Y_(2)O_(3)含量的增多,Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合涂层表面未充分熔融的颗粒逐渐增加,复合涂层的孔隙率也越来越大,掺杂了10%Y_(2)O_(3)的Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合涂层的孔隙率最低,涂层最致密。Al_(2)O_(3)涂层具有最高的显微硬度值(1209HV0.3)和弹性模量(227 GPa)。随着Y_(2)O_(3)含量的增加,Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合涂层的显微硬度与弹性模量逐渐降低。Al_(2)O_(3)-10%Y_(2)O_(3)复合涂层的弹性恢复率高达48.3%,并且其断裂韧性及抗塑性变形的能力也最好。结论掺杂了10%Y_(2)O_(3)的Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合涂层具有最致密的微观组织结构,其综合力学性能最好。

关键词：大气等离子喷涂 Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合涂层孔隙率微观结构力学性能

DLC基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望

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表面技术 2024年第8期53卷 52-62页

作者：汤鑫王静静李伟胡月鲁志斌张广安上海理工大学材料与化学学院上海200093 中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室兰州730000

类金刚石(DLC)薄膜是一种良好的固体润滑剂,能够有效延长机械零件、工具的使用寿命。DLC基纳米多层薄膜的设计是耐磨薄膜领域的一项研究热点,薄膜中不同组分层具备不同的物理化学性能组合,能从多个角度(如高温、硬度、润滑)进行设计来... 详细信息

类金刚石(DLC)薄膜是一种良好的固体润滑剂,能够有效延长机械零件、工具的使用寿命。DLC基纳米多层薄膜的设计是耐磨薄膜领域的一项研究热点,薄膜中不同组分层具备不同的物理化学性能组合,能从多个角度(如高温、硬度、润滑)进行设计来提升薄膜力学性能、摩擦学性能以及耐腐蚀性能等。综述了DLC多层薄膜的设计目的与研究进展,以金属/DLC基纳米多层膜、金属氮化物/DLC基纳米多层膜、金属硫化物/DLC基纳米多层膜以及其他DLC基纳米多层膜为主,对早期研究成果及现在的研究方向进行了概述。介绍了以上几种DLC基纳米多层膜的现有设计思路(形成纳米晶/非晶复合结构、软/硬交替沉积,诱导转移膜形成,实现非公度接触)。随后对摩擦机理进行了分析总结:1)层与层间形成特殊过渡层,提高了结合力;2)软/硬的多层交替设计,可以抵抗应力松弛和裂纹偏转;3)高接触应力和催化作用下诱导DLC中的sp3向sp2转化,形成高度有序的转移膜,从而实现非公度接触。最后对DLC基纳米多层膜的未来发展进行了展望。

关键词： DLC基纳米多层膜力学性能摩擦学性能摩擦机理结构

聚硅氮烷/MoS_(2)高温自润滑涂层的制备及性能研究

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摩擦学学报（中英文） 2024年第6期44卷 752-762页

作者：李谋吉杨武芳汤洁马正峰王睿麻拴红于波周峰中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

高温固体自润滑涂层因具有优异的摩擦学性能和极好的附着力,已被广泛应用于航空、航天等领域.本文中采用陶瓷前驱体聚硅氮烷为粘接剂,MoS_(2)为润滑填料制备了1种新型的宽温域减摩抗磨涂层.系统探究了各因素对涂层摩擦学性能的影响,并... 详细信息

高温固体自润滑涂层因具有优异的摩擦学性能和极好的附着力,已被广泛应用于航空、航天等领域.本文中采用陶瓷前驱体聚硅氮烷为粘接剂,MoS_(2)为润滑填料制备了1种新型的宽温域减摩抗磨涂层.系统探究了各因素对涂层摩擦学性能的影响,并利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和Raman等表征分析涂层的微观组织、物相组成及磨损机理.结果表明:聚硅氮烷/MoS_(2)涂层不仅和基底结合力强,且在25~300℃较宽温域范围内具有优异的减摩抗磨性能.其中300℃热处理的涂层在200℃、9 N及90 r/min的测试条件下具有最佳润滑性能:平均摩擦系数为0.05,磨损率为7.6×10^(-5)mm^(3)/(N·m).涂层在中高温下体现出优异的润滑和耐磨性能,这主要得益于MoS_(2)特殊层状结构和弱的剪切应力以及高硬度无机非晶态陶瓷相SiOC的形成.该涂层的成功制备有望为高温工况下服役的零部件表面润滑防护提供理论依据及数据支持.

关键词：聚硅氮烷二硫化钼宽温域高温润滑耐磨涂层

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磁约束聚变堆中的润滑研究

摩擦学学报（中英文） 2024年第3期44卷 421-436页

作者：张瑞张弘柴利强王鹏中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

核聚变反应可以提供近乎无限的能源,且是1种安全清洁的方式.磁约束核聚变通过强磁场约束高温高密度氘氚等离子体放电发生聚变反应产生能源,其装备结构复杂且服役环境恶劣.服役于磁约束聚变装置中的活动部件使用的润滑材料不仅面临着摩... 详细信息

核聚变反应可以提供近乎无限的能源,且是1种安全清洁的方式.磁约束核聚变通过强磁场约束高温高密度氘氚等离子体放电发生聚变反应产生能源,其装备结构复杂且服役环境恶劣.服役于磁约束聚变装置中的活动部件使用的润滑材料不仅面临着摩擦磨损还要承受聚变装置高低温、真空以及辐射环境.本文中系统地总结了磁约束聚变装置发展过程中真空室、超导磁场、离子回旋加热系统和遥操作系统等各个部件面临的润滑挑战以及解决方案,并对未来商用磁约束聚变堆所需润滑材料与技术进行了展望.

关键词：聚变堆辐照结构遥操润滑

优化润滑性能：聚氨酯润滑材料的分子结构设计策略

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摩擦学学报 2024年

作者：王晓月李宋王廷梅王齐华张新瑞中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室

本研究从分子结构设计的角度出发，通过引入氢键与刚性单元，成功合成了3种聚氨酯（PU）弹性体，分别命名为PU1、PU2和PU3。通过采用傅里叶变换红外光谱、电子万能试验机、同步热分析仪、扫描电子显微镜以及摩擦磨损试验机等多种表征技... 详细信息

本研究从分子结构设计的角度出发，通过引入氢键与刚性单元，成功合成了3种聚氨酯（PU）弹性体，分别命名为PU1、PU2和PU3。通过采用傅里叶变换红外光谱、电子万能试验机、同步热分析仪、扫描电子显微镜以及摩擦磨损试验机等多种表征技术，对PU弹性体的结构、力学性能、热稳定性和摩擦学性能进行了全面的分析。其中，PU1表现出最佳的力学性能，其拉伸强度达到48.4±1.6MPa，断裂伸长率达到1352.9%±192.7%，韧性达到263.9±40.9 MJ/m3。这主要归因于刚性单元与可形成氢键的位点协同作用促进了硬链段聚集形成硬畴。另外，在水润滑条件下，PU1表现出优异的摩擦学性能，其摩擦系数和磨损率分别为0.014和5.45×10-6mm3/（N·m）。相比于PU2和PU3,PU1的摩擦系数分别降低了52%和70%，磨损率分别降低了40%和63%。这主要归因于氢键和刚性单元的引入赋予了PU1分子结构最佳的韧性，使其在摩擦过程中能够吸收更多的能量，在剪切应力作用下材料不易发生断裂和破坏，从而减缓磨损提高摩擦学性能。综上所述，本研究通过PU弹性体的分子结构设计策略—刚性单元与氢键的协同作用，实现了PU弹性体力学性能和摩擦学性能的同步提升，加深了分子结构与材料性能间构效关系的认知，为高性能聚合物材料的设计与开发提供了新的思路和策略。

关键词：聚氨酯润滑材料结构设计摩擦磨损氢键

氮化硅陶瓷轴承球的滚动摩擦磨损特性与损伤行为

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摩擦学学报 2024年

作者：魏万鑫苏云峰樊恒中宋俊杰张永胜胡丽天中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室

Si3N4陶瓷轴承球相比于钢球具有极限转速高，承载能力强，耐高温和耐酸碱腐蚀的优点，并表现出一定的自润滑性能，以绝对的优势作为滚动体被广泛用于高速轴承中，已成为高速、高精密轴承的关键部件。本文中通过模拟轴承真实服役工况的... 详细信息

Si3N4陶瓷轴承球相比于钢球具有极限转速高，承载能力强，耐高温和耐酸碱腐蚀的优点，并表现出一定的自润滑性能，以绝对的优势作为滚动体被广泛用于高速轴承中，已成为高速、高精密轴承的关键部件。本文中通过模拟轴承真实服役工况的运动方式，开展Si3N4陶瓷轴承球的滚动摩擦损伤特性研究，分别考察Si3N4陶瓷轴承球与轴承钢滚道在无润滑和脂润滑条件下的滚动摩擦磨损状态和表面损伤行为，剖析Si3N4陶瓷轴承球滚动摩擦损伤行为演变规律与损伤机制。结果表明：Si3N4陶瓷轴承球与滚道在滚动摩擦磨损过程中，润滑脂的引入显著降低了滚动摩擦系数，尤其缓解了Si3N4陶瓷轴承球的疲劳损伤行为；无润滑条件下，Si3N4陶瓷轴承球滚动摩擦损伤机制主要为疲劳损伤和黏着磨损，且伴有摩擦化学反应；脂润滑条件下，Si3N4陶瓷轴承球滚动摩擦损伤机制主要为磨粒磨损和微脆性断裂。

关键词：氮化硅陶瓷轴承球滚动摩擦磨损表面损伤

盾构机主驱动用丁腈橡胶密封材料的加工、力学及耐磨性能研究

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摩擦学学报 2024年

作者：张彩霞王廷梅陈守兵张新瑞王齐华中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室

盾构机主驱动密封件是1种大型异形橡胶密封件，橡胶材料的加工性能在其精细结构成型过程中发挥着举足轻重的作用，而焦烧时间和门尼黏度是影响橡胶材料加工性能的关键因素。针对盾构机主驱动橡胶密封件的成型工艺对丁腈橡胶(NBR)加工性... 详细信息

盾构机主驱动密封件是1种大型异形橡胶密封件，橡胶材料的加工性能在其精细结构成型过程中发挥着举足轻重的作用，而焦烧时间和门尼黏度是影响橡胶材料加工性能的关键因素。针对盾构机主驱动橡胶密封件的成型工艺对丁腈橡胶(NBR)加工性能的要求，本研究以松明油、癸二酸二丁酯和固体古马隆树脂为原料，合成复合增塑剂；并使用高结构炭黑和低结构炭黑并用的补强体系，对NBR密封材料进行加工性能、物理机械性能和摩擦性能的宏观调控。研究结果表明，由于复合增塑剂中三组分的协同作用，当复合增塑体系中松明油的使用量为0.9 phr (parts per hundred parts of rubber，每百克橡胶中组份的含量)时，本研究制备的高性能NBR密封材料，不仅满足大型盾构机用异形密封圈的成型工艺要求，混炼胶焦烧时间T10可长达168.6 s，门尼黏度值M_(L(1+4))可低至46.95；还是1种兼具高强度、高韧性、高耐磨、高回复性与高耐热性的自润滑橡胶密封材料，且该材料的耐磨性能已在盾构机主驱动模拟试验台中进行了验证，可以满足盾构机主驱动系统对密封有效性和寿命的需求，本研究可以为大型盾构机主驱动密封材料的设计制备提供支撑。

关键词：丁腈橡胶盾构机主驱动密封焦烧时间门尼黏度密封材料

B_(4)C&H-DLC薄膜在过氧化氢溶液中的摩擦学行为研究

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摩擦学学报（中英文） 2024年第4期44卷 562-572页

作者：朱国菁李文波曹学乾尚伦霖孔令刚张广安中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室甘肃兰州730000 兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室甘肃兰州730070

采用闭合场非平衡磁控溅射技术在316L不锈钢表面沉积硼、氢掺杂类金刚石碳(B_(4)C&H-DLC)薄膜,利用扫描电镜(SEM)、Raman、X射线光电子能谱仪(XPS)、纳米压痕和线性往复摩擦试验机等系统分析了B_(4)C&H-DLC薄膜的结构、力学性能及过氧... 详细信息

采用闭合场非平衡磁控溅射技术在316L不锈钢表面沉积硼、氢掺杂类金刚石碳(B_(4)C&H-DLC)薄膜,利用扫描电镜(SEM)、Raman、X射线光电子能谱仪(XPS)、纳米压痕和线性往复摩擦试验机等系统分析了B_(4)C&H-DLC薄膜的结构、力学性能及过氧化氢水溶液中与不同对偶球的摩擦学行为.结果表明:B_(4)C&H-DLC薄膜在过氧化氢环境中与Al_(2)O_(3)球相对摩擦时,有严重的磨粒磨损行为,摩擦系数与磨损率较高.此外,B_(4)C&H-DLC薄膜在过氧化氢环境中与Si_(3)N_(4)和SiC球相对摩擦时发生了复杂的摩擦化学反应,形成了硅胶和硼酸的摩擦化学产物,发挥了减摩抗磨作用[磨损率较低分别为0.8×10^(-7)和1.0×10^(-7)mm^(3)/(N·m)].因此,本研究为碳基薄膜在氧化条件下摩擦副的合理设计和应用提供了试验依据,同时也为保护在苛刻环境工作的机械部件提供了1种可行方法.

关键词：类金刚石碳摩擦配副双氧水硅氧化合物元素掺杂

含Ag@Ni核壳结构粉体镍基复合涂层的多循环高温摩擦学性能

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第2期34卷 618-628页

作者：何乃如方子文贾均红杨杰陈威辛骅陕西科技大学机电工程学院西安710021 中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室兰州730000

为了抑制Ag的扩散,采用化学镀方法制备Ag@Ni核壳结构粉体,并利用大气等离子喷涂技术制备NiCrAlY-Mo-Ag@Ni涂层,详细研究核壳结构设计对涂层在高温循环工况下的力学及摩擦学性能的影响。研究结果表明:Ag的核壳结构设计可以提高镍基涂层... 详细信息

为了抑制Ag的扩散,采用化学镀方法制备Ag@Ni核壳结构粉体,并利用大气等离子喷涂技术制备NiCrAlY-Mo-Ag@Ni涂层,详细研究核壳结构设计对涂层在高温循环工况下的力学及摩擦学性能的影响。研究结果表明:Ag的核壳结构设计可以提高镍基涂层中Ag与NiCrAlY的界面结合强度,进而显著提高复合涂层的硬度。Ni覆层有效地抑制了Ag在高温摩擦过程中的扩散与耗散。800℃时NiCrAlY-Mo-Ag@Ni涂层的摩擦因数仅为0.25,磨损率仅为1×10^(-5)mm^(3)/(N·m),显著低于NiCrAlY-Mo-Ag涂层。同时,Ag的核壳结构设计使得涂层在高温多循环工况下始终保持良好的自润滑性和耐磨性。

关键词：核壳结构 Ag@Ni Ni基复合涂层摩擦学性能高温热循环