WS2基固体润滑涂层摩擦性能研究

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【国家自然科学基金】_ws2_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140801

2009年序号 1 2 3 4 5 6 7 8
科研热词纳米管磨损性能磁控溅射烯ws2纳米粒子无机富勒形成机理制备方法 ws2/mos2/c复合薄膜
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1
2010年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
科研热词遗传性耳聋磨损性能磁性地层洛川黄土极性事件界线摩擦性能基因突变 ws2 waardenburg综合征 sox10基因 mos2 c
2014年序号 1 2 3 4 5 6 7 8
2014年科研热词推荐指数电子输运 2 器件应用 2 二维过渡金属二硫属化物 2 二硫化钼 2 金属基复合材料 1 真空摩擦学 1 ws2 1 fe3al金属间化合物 1
2013年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38
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科研热词推荐指数激光熔覆 3 摩擦磨损 2 固体润滑 2 高温耐磨复合涂层 1 镍基复合涂层 1 镍基复合材料 1 银翘解毒丸 1 超音速等离子喷涂 1 西安脉冲堆,中子辐照损伤,原子离位率 1 自润滑复合材料 1 自润滑 1 耐磨添加剂 1 磨损机制 1 磨损 1 电沉积 1 物理性能 1 热处理 1 火焰喷涂 1 显微结构 1 摩擦学性能 1 摩擦 1 性能 1 定量分析 1 复合涂层 1 固体润滑剂 1 双标定量法 1 化学镀ni-p 1 六级系统指纹定量法 1 三波长指纹图谱 1 supersonic plasma spraying 1 friction wear 1 friction and wear 1 electrical current 1 cu-ws2-g composites 1 contact voltage drop 1 bp神经网络 1 bp neural network 1 air and vacuum environments 1

TiB2_掺杂WS2_复合薄膜的宽温域摩擦学性能研究

第52卷第6期表面技术2023年6月SURFACE TECHNOLOGY·235·TiB2掺杂WS2复合薄膜的宽温域摩擦学性能研究刘进龙1,2，李红轩2，吉利2，刘晓红2，张定军1（1.兰州理工大学材料科学与工程学院，兰州 730030；2.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）摘要：目的探究TiB2溅射电流（即TiB2含量）对WS2/TiB2复合薄膜在宽温域（25~500 ℃）下摩擦学性能的影响。

方法采用非平衡磁控溅射技术制备WS2/TiB2复合薄膜。

通过场发射扫描电子显微镜（FESEM）、高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）观察薄膜的形貌及结构；通过X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）表征薄膜结构；通过纳米压痕仪（Anton Paar，NHT2）评价薄膜的机械性能；利用高温球盘摩擦磨损试验机（THT01，03591）测试薄膜的摩擦学性能；采用光学显微镜（Olympus，STM6）、三维轮廓仪（Micro XAM–800）观察磨痕及磨斑形貌，通过HRTEM分析磨痕和磨斑的结构。

结果 TiB2掺杂使WS2薄膜由高度结晶态向非晶态转变，增大了薄膜的致密度并提高了其机械性能。

随着TiB2溅射电流的增大，复合薄膜的摩擦因数和磨损率呈先下降后上升的趋势。

随着试验温度的升高，复合薄膜的摩擦因数先降低后升高，但磨损率一直逐渐升高。

TiB2溅射电流为1.5 A时，制备的复合薄膜在宽温域（25~500 ℃）具有较低的摩擦因数和磨损率。

300 ℃条件下，TiB2溅射电流为1.5 A时制备的复合薄膜在摩擦剪切力作用下重新定向形成了TiB2(101)晶体取向和平行于滑动方向的WS2(002)晶体取向，并在高环境温度和摩擦热作用下氧化形成了润滑相TiO2(001)晶体结构。

结论 TiB2溅射电流为1.5 A时制备的复合薄膜具有优异的宽温域摩擦学性能。

金属基固体自润滑复合材料的研究进展

金属基固体自润滑复合材料的研究进展王常川;王日初;彭超群;冯艳;韦小凤【摘要】介绍固体润滑技术和固体润滑材料的应用背景和优势,总结难熔金属基、铜基、铝基、铁基和镍基等金属基固体自润滑复合材料各自的特点,讨论金属基固体自润滑复合材料的自润滑机理,指出金属基固体自润滑复合材料在研究与开发中出现的问题,介绍近年来金属基固体自润滑复合材料制备方法和研究内容方面的进展.%The backgrounds and advantages of solid lubricating technology and materials were introduced. The characteristics of refractory metal-based, copper-based, aluminum-based, iron-based and nickel-based solid self-lubricating composites were summarized. The lubrication mechanism of metallic solid self-lubricating composite was discussed. The problems in the research and development of metallic solid self-lubricating composite were pointed out. The progresses in the preparation and research of metallic solid self-lubricating composite were introduced.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2012(022)007【总页数】11页(P1945-1955)【关键词】金属基复合材料;固体润滑剂;自润滑;润滑机理【作者】王常川;王日初;彭超群;冯艳;韦小凤【作者单位】中南大学材料科学与工程学院,长沙410083;中南大学材料科学与工程学院,长沙410083;中南大学材料科学与工程学院,长沙410083;中南大学材料科学与工程学院,长沙410083;中南大学材料科学与工程学院,长沙410083【正文语种】中文【中图分类】TF125.9Abstract:The backgrounds and advantages of solid lubricating technology and materials were introduced. The characteristics of refractory metal-based, copper-based, aluminum-based, iron-based and nickel-based solid selflubricating composites were summarized. The lubrication mechanism of metallic solid self-lubricating composite was discussed. The problems in the research and development of metallic solid self-lubricating composite were pointed out.The progresses in the preparation and research of metallic solid self-lubricating composite were introduced.Key words:metallic composite; solid lubricant; self-lubricating; lubrication mechanism全世界每年消耗的各类燃油总计约15亿t，但能源有效利用率只有30%左右。

WS2复合材料的制备及应用研究进展

第 50 卷第 1 期2021 年 1月Vol.50 No.1Jan.2021化工技术与开发Technology & Development of Chemical IndustryWS 2复合材料的制备及应用研究进展侯传旭，张德庆（齐齐哈尔大学材料科学与工程学院，黑龙江齐齐哈尔 161000）摘要：二硫化钨（WS 2）作为过渡金属二硫化物（TMDs）的一种，具有独特的二维结构、良好的稳定性和半导体特性。

近几年，以WS 2为基体制备的WS 2复合材料表现出许多优异的性能，受到越来越多研究人员的关注。

本文概述了WS 2复合材料的制备方法，以及近年来WS 2复合材料在催化剂、气敏传感器、电极材料、复合纤维材料、电磁波吸收材料等方面的应用，展望了WS 2复合材料的发展前景。

关键词：二硫化钨；复合材料；制备；发展前景中图分类号： TB 333 文献标识码：A 文章编号：1671 -9905(2021)01/02 -0037-04作者简介：侯传旭(1996-)，女，汉族，硕士研究生，研究方向为材料物理与化学。

E -mail:*****************收稿日期：2020-11-03WS 2是最早发现并得到研究的层状纳米材料之一[1-2]，其制备方法主要有液相剥离法[3]、化学气相沉积法[4]、水热法[5]和固相烧结法[6]等。

根据晶体结构中W 原子的2种配位形式（八面体配位和三棱柱配位），WS 2可分为金属相和半导体相。

金属相通过八面体配位形成 1T 型结构[图1(a)]，半导体相则通过三棱柱配位形成2H 型或3R 型结构[图1(b)] [7-9]。

WS 2通过W −S 共价键和较弱的范德华力，层间相互作用结合在一起，具有优异的光学、电学和机械性能[10]，在传感器[11-12]、催化剂[13-15]、电极材料[16-17]、润滑剂[18]等领域均有广泛的应用前景。

随着科技的发展，单一功能的WS 2已无法满足人们的需要，因此开发WS 2复合材料显得尤为重要。

WS2纳米颗粒的合成及摩擦学性能研究

ｆｒｂｓｉｔｅｔｂｌｇｃｒｐｒｉｓｏＳａｏａｉｌｓｗｒａｕｅｙＭＳＴ００ｉｓｒｍｅｔＴｅｒｓｌｏａｅｏｌｈｒｏｏｉａｐｏｅｔｆＷ２ｎ，ｉｌｅｎｐｒｃｅｅｅｍｅｓｒｄｂ — ３０一ｎｔｔｕｎ．ｈｅｕｔｓｓｏｈｔｔｅｎｎｐｒｉｌｓｔｕｒｐｒｄａｅｉｐｅｃｌｉｅｓａｅｗｉｖｒｇｉｆｅｓｔａ０ｎＩｉｈｗｔａｈａｏａｔｅｈｓｐｅａｅｒｓｈｒａ — ｋｈｐｔａａｅａｅｓｅｏｓｎ５ｍ．ｔｓｃｎｉｌｈｎｚｌｈｒｖａｅａｅＷＳａｏａｔｌｓａｅｅｃｌｎｉｏｏｉａｅｆｒｎｃｓａｄｉｖａｅｏｌｅｅｌｄｔｔｈ２ｎｐｒｃｅｖｘｅｌｔｒｌｇｃｐｒｍａｅａａｄｔｅｔｂｓｉ．ｈｔｎｉｈｅｔｂｌｏｎｉｏ
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（ｃｏｌｆＭａｅｉｃｎｅａｄＥｇｎｅｉｇＪｎｎｅｓ１ｈｏｏｔｒｌｉｃｎｎｉｅｒ，ｉ￣ｕＵｉｒＳａＳｅｎａｖＪｎ１０３ｉ￣ｕ２２１）ａ
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金属基自润滑复合材料固体润滑剂研究进展

第47卷第5期燕山大学学报Vol.47No.52023年9月Journal of Yanshan UniversitySept.2023㊀㊀文章编号:1007-791X (2023)05-0398-13金属基自润滑复合材料固体润滑剂研究进展邹㊀芹1,2,王㊀鹏1,徐江波1,李艳国2,∗(1.燕山大学机械工程学院,河北秦皇岛066004;2.燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室,河北秦皇岛066004)㊀㊀收稿日期:2022-05-25㊀㊀㊀责任编辑:唐学庆基金项目:丹凤朝阳人才支持计划(丹人才办[2019]3号);河北省高等学校科学研究重点项目(ZD2021099)㊀㊀作者简介:邹芹(1978-),女,安徽淮北人,博士,教授,博士生导师,主要研究方向为超硬及特种陶瓷材料㊁摩擦磨损;∗通信作者:李艳国(1978-),男,河北唐山人,博士,副研究员,主要研究方向为金属基复合材料,Email:lyg@㊂摘㊀要:固体润滑剂在金属基自润滑复合材料中的应用正在迅速增加,特别是在极端环境(高温㊁高负载等)条件下工作的耐磨材料㊂目前,金属基自润滑复合材料中常使用的固体润滑剂主要有无机层状固体润滑剂㊁金属及其化合物㊁MAX 金属陶瓷㊁有机物固体润滑剂㊁碳纳米材料固体润滑剂㊁多元复合固体润滑剂等,其种类很多,且各自有其适用的环境和基体㊂根据基体材料以及工况环境选择相匹配的固体润滑剂,可以保证金属基自润滑复合材料具有良好的减摩耐磨效果㊂针对上述内容,本文综述了金属基自润滑复合材料采用的固体润滑剂种类㊁基本性质㊁优缺点㊁润滑机理,总结了固体润滑剂的适用温度及其在金属基自润滑复合材料中的应用情况,并对金属基自润滑复合材料固体润滑剂的发展趋势进行了展望㊂关键词:金属基自润滑复合材料;固体润滑剂;润滑机理;研究进展;展望中图分类号:TB331㊀㊀文献标识码:A㊀㊀DOI :10.3969/j.issn.1007-791X.2023.05.0030㊀引言固体润滑剂[1]是金属基自润滑复合材料的重要组成部分,在金属基自润滑复合材料中的应用具有很长的历史㊂早在19世纪初期[2-3],石墨和Pb 已经作为润滑剂用于低速运转的机器上㊂20世纪30年代,添加固体润滑剂的铁基自润滑轴承在德国出现㊂20世纪60年代,添加MoS 2的金属基自润滑复合材料逐渐产生,并对超音速飞机的问世起到了重要的推动作用[4]㊂到目前为止,由于固体润滑剂可在一些特殊工况下(见表1)起润滑作用,这对高新技术的发展起到了重要的推动作用[5]㊂金属基自润滑复合材料固体润滑剂种类很多,包括无机层状固体润滑剂㊁金属及其化合物㊁MAX 金属陶瓷㊁有机物固体润滑剂㊁多元复合固体润滑剂等,其各有优缺点,且仍处于不断发展阶段㊂表1㊀固体润滑剂的适用场景Tab.1㊀Applicable scenaries of solid lubricants适用场景具体应用高负载滑动场景重型机械中的摩擦部件高温环境下磨损场景航空航天发动机㊁导弹燃油泵等摩擦部件强辐射环境下摩擦场景核电站㊁卫星等设备上的裸露活动部件强腐蚀性介质中摩擦场景化学反应器轴承,压缩机螺丝等部件摩擦接触表面导电场景电刷㊁受电弓滑板等灰尘或碎片环境中工作场景矿山机械和织机机械中的摩擦部件需要保证清洁的摩擦场景食品机械㊁纺织机械等摩擦部件微颤环境下的摩擦场景汽车和飞机上的摩擦部件1㊀无机层状固体润滑剂1.1㊀石墨石墨价格低廉,在潮湿环境中由于水的氢离第5期邹㊀芹等㊀金属基自润滑复合材料固体润滑剂研究进展399㊀子和氢氧根离子的饱和导致层间范德华键减弱,从而促进了层间分裂,在金属表面形成一层具有减摩作用的润滑膜[6],使得其可在潮湿环境提供有效润滑㊂目前,石墨作为金属基自润滑复合材料固体润滑剂的研究主要集中在改善不同钢种在不同工业应用中的摩擦磨损性能上,而制备时石墨与部分金属基体(Cu㊁Al等)润湿性较差,导致两者界面结合变差,影响复合材料的力学性能以及摩擦学性能,另外使用过程中产生的高温会导致石墨氧化和烧蚀,严重影响润滑效果[6-8]㊂对石墨进行金属化改性,如采用金属(Ni㊁Cu等)包覆石墨的办法,能有效改善石墨与基体的界面结合,同时防止石墨氧化和腐蚀,改善石墨高温润滑效果,从而提高复合材料摩擦学性能,扩大使用范围㊂张鑫等[9]采用Cu包覆石墨制备了Cu基粉末冶金摩擦材料,其材料表面形成的摩擦膜主要为氧化膜,而采用普通石墨时,由于材料表面较多的石墨会抑制氧化反应,会形成石墨膜,其对材料表面的保护效果不及氧化膜㊂但相对于原基体,两种材料摩擦性能均有明显提高㊂Zhao等[10]证明了石墨与青铜无法充分润湿,而加入Ni或Cu包覆石墨的复合材料可以明显提高石墨与基体的结合性,Ni包覆石墨青铜基材料具有更稳定的摩擦系数㊁更低的磨损率㊁更高的维氏硬度,包覆石墨的Ni也可以提高复合材料的耐蚀性㊂牛志鹏等[11]发现加入镀Ni石墨可以降低石墨与Al的润湿角,提高基体的力学性能,降低复合材料的摩擦系数和磨损率,使金相组织变得更加致密㊂但石墨表面光滑且亲水性差,难以实现完全包覆㊂罗虞霞等[12]发现,采用机械化整形处理石墨表面,可以获得更为完整的Ni包覆层㊂冀国娟等[13]发现,在石墨表面进行微氧化以及在化学包覆反应溶液中加入醇类表面活性剂,均可提高包覆率㊂综上,采用金属包覆石墨作为固体润滑剂可显著提高其高温润滑特性㊂然而,石墨表面包覆金属层的完整性是决定其润滑性能的关键因素㊂故进一步提高石墨表面包覆金属层的完整性以及连续性将继续成为研究的重点㊂1.2㊀BNBN导电性能强㊁热稳定性高,在大气环境中适用温度为500~800ħ,是高温自润滑材料的优良润滑剂㊂其润滑机理为[14-15]:高于500ħ时,BN 会在摩擦过程中剥落而转移到摩擦表面形成润滑膜,起减摩作用㊂蒋冰玉等[16]以Ni-Cr合金为基体材料,BN为固体润滑剂,制备出燃气轮机中减摩耐磨用的高温自润滑复合材料㊂目前,尽管BN 是一种人们熟知的高温固体润滑剂,但由于其存在有效性差㊁不可润湿等问题,使得人们对于BN 单独应用在金属基自润滑复合材料上的报道较少,其常与其他固体润滑剂协同润滑[17]㊂2㊀金属及其化合物2.1㊀金属常见的金属固体润滑剂有Pb㊁Al㊁Ag㊁Au㊁Sn㊁Bi㊁In等,其具有纯度高㊁原料易得㊁低温环境不会丧失润滑性能等优点㊂金属固体润滑剂在强辐射㊁真空㊁低温等极端工作条件非常适合作为金属基自润滑复合材料的固体润滑剂使用,常与Cu㊁Al㊁TiAl等金属基体组成复合材料㊂其润滑机理为:在摩擦热的作用下,由于热膨胀系数不同,金属逐渐从基体内扩散到摩擦表面形成润滑膜,起减摩作用,但其适用环境受温度限制严重㊂Yao等[18]发现,在200ħ时,Ag在剪切应力作用下扩散到摩擦表面,起减摩耐磨作用㊂但在600ħ时Ag完全失去润滑作用(图1)㊂Dong 等[19]发现,Cu-24Pb-x Sn合金的自润滑性能和力学性能随Sn含量的增加而增加,Pb含量的增加有效地削弱了以摩擦系数变化为特征的粘滑现象㊂李聪敏等[20]以Al-Cu-Mg合金为基体,添加低熔点组元Bi后合金抗咬合能力明显提升,发现带状富Bi 相涂覆在磨损表面,起到减摩自润滑作用㊂金属在强辐射㊁真空㊁低温等极端环境仍具有润滑特性,但是也存在着一些缺点,如:Pb本身有毒,对人体和环境都有危害,Ag㊁Au㊁In等金属作为固体润滑剂时成本太高;金属在空气中暴露的时间过长时,易发生氧化反应,影响润滑效果㊂2.2㊀金属氧化物常见的金属氧化物固体润滑剂有PbO㊁CuO㊁MoO3㊁SnO㊁ZnO等㊂金属氧化物是最早应用的高温固体润滑剂,常与Fe㊁Ni㊁NiAl等金属基体组成复合材料㊂由于金属氧化物具有较低的剪切强度,可有效避免摩400㊀燕山大学学报2023擦过程中的咬合现象㊂Peterson 等[21]考察了大量氧化物的高温摩擦学特性,发现PbO 等少数氧化物可实现较宽温度范围内的有效润滑㊂但是,由于PbO 危害环境,国外已限制其应用㊂Zhu 等[22]通过PM 制备了添加氧化物(ZnO /CuO)的NiAl-C-Mo 自润滑材料,发现氧化物在低温时几乎不起减摩作用㊂但当温度达到600ħ时,磨损表面形成了ZnO㊁CuO 和MoO 3层,表现出了良好的减摩耐磨效果㊂结果表明,金属氧化物在高温时润滑效果显著㊂但是,目前关于二组元氧化物的润滑机理还未得到统一㊂图1㊀TiAl 基自润滑复合材料磨损表面的微观结构演变示意图Fig.1㊀Schematic diagram of microstructure evolution of wear surface of TiAl based self-lubricating composite2.3㊀金属氟化物常见的金属氟化物固体润滑剂有CaF 2㊁BaF 2㊁LaF 3等㊂金属氟化物热稳定性良好,从500ħ到1000ħ的温度范围都能起到良好的减摩耐磨作用,其原因主要为金属氟化物在500ħ时经历了由脆性到塑性的转变㊂Longson [23]发现,CaF 2和BaF 2具有良好润滑性的原因是其在摩擦过程中由脆性向塑性转变以及氟元素与金属表面发生化学反应的共同作用㊂尽管对CaF 2和BaF 2润滑机理进行了大量研究,但是对于其转移润滑机理的全面认识还有赖于进一步研究㊂综上,由于金属氟化物特殊的润滑机制导致其在低温时不提供润滑,故单独采用金属氟化物作为金属基自润滑复合材料固体润滑剂的报道很少,其多与石墨㊁Ag 等固体润滑剂复合使用,达到宽温度范围有效润滑的目的㊂2.4㊀金属硫化物常见的金属硫化物固体润滑剂有MoS 2㊁WS 2㊁FeS㊁CrS 等㊂MoS 2属于六方晶系,具有层状结构,常与Fe㊁Al㊁Ag 等金属基体组成复合材料㊂MoS 2在大气环境中适用温度可达350ħ,润滑机理与石墨相似,由于具有低摩擦㊁低接触电阻等优点,广泛用作航空㊁航天机构中的滑动电接触材料[24]㊂WS 2因其良好的热稳定性和抗氧化性而广泛应用于高温环境㊂研究表明[25-27],在大气环境中通过在金属基体中掺入MoS 2或WS 2颗粒可显著提高Ni [25]㊁Al [26]㊁Fe [27]等金属基复合材料的摩擦学性能,使其满足使用要求㊂但是,MoS 2和WS 2会因大气湿度高㊁氧气的存在以及高温而导致润滑性能降低㊂通过掺杂金属或无定形碳可以保护MoS 2边缘位置免受氧化,从而提高MoS 2和WS 2在潮湿或较高温度条件下的摩擦学性能㊂Rigato 等[28]发现在MoS 2层状结构中掺杂Ti 增加了MoS 2层间距离,从而改善了其摩擦学性能㊂此外,研究发现,在MoS 2层状结构中掺杂Ni [29]㊁Cu [30]等金属可提高复合材料在潮湿环境和真空条件下的摩擦磨损性能㊂FeS 与MoS 2相比,具有优异的耐高温特性,因其较疏松的鳞片状结构能储存润滑油,可进一步提升润滑性能㊂尹延国等[31]发现FeS /Cu 基复合材料在在干摩擦过程中,FeS 颗粒聚集在摩擦表面形成一层硫化物固体润滑膜,具有较好的减摩㊁抗粘着作用,在油润滑条件下,润滑油膜和FeS 固体润滑膜可以起协同润滑作用㊂Lu 等[32]采用NiCr /Cr 3C 2和WS 2粉末在Ti 6Al 4V 基体上激光熔覆制备了Ti 2SC /CrS 自润滑耐磨复合涂层,由于原位合第5期邹㊀芹等㊀金属基自润滑复合材料固体润滑剂研究进展401㊀成的自润滑Ti2SC和CrS的存在,自润滑抗磨复合涂层显示出比不添加WS2粉末的抗磨复合涂层更好的摩擦学性能㊂综上,MoS2和WS2在高温真空条件下具有优良的润滑特性,被认为高温真空条件下的首选固体润滑剂㊂在大气环境中,温度低于350ħ时,金属基-MoS2自润滑材料表现出优异的摩擦学性能㊂但是,MoS2在大气环境中高温时容易发生氧化[29-30],限制了其应用环境㊂故如何进一步提高MoS2在潮湿和较高温度条件下的摩擦学性能将继续成为研究的重点㊂2.5㊀金属硒化物常见的金属硒化物固体润滑剂有NbSe2㊂NbSe2导电性能优异,相对摩擦系数低,常与Ag㊁Cu[33-34]等金属基体组成复合材料,广泛应用于电接触领域㊂早在20世纪80年代,美国NASA便采用Ag-NbSe2自润滑材料来制作卫星上的电刷,并取得良好效果㊂Ag-NbSe2自润滑材料具有良好润滑性能的原因[33]为在摩擦热和变形挤压的共同作用下,部分NbSe2转移到摩擦表面,形成了NbSe2润滑膜,起减摩作用㊂孙建荣等[34]发现,高负载㊁真空条件下,添加纤维状NbSe2的Cu-石墨复合材料摩擦系数远低于原复合材料㊂因此, NbSe2常作为真空条件下的固体润滑剂使用㊂3㊀MAX金属陶瓷MAX金属陶瓷因为其原子结构和独特的化学键特性,使MAX金属陶瓷兼具金属和陶瓷的优点,如高硬度㊁高弹性模量,具有良好的抗氧化性㊁耐腐蚀性㊁导电导热性㊁辐照性能㊁高温机械和摩擦学性能等[35]㊂理论计算约有600余种能稳定存在的三元MAX金属陶瓷,如今可以通过实验合成80多种[36],如Ti3SiC2㊁Ti3AlC2㊁Ti2AlC㊁Ti2AlN㊁Ta2AlC等㊂目前,除Ti3SiC2和Ti3AlC2外,对于其他MAX金属陶瓷应用于金属基自润滑复合材料的研究鲜有报道㊂在材料基体中添加一定量的Ti3SiC2/Ti3AlC2颗粒润滑相能够显著提升金属基体的摩擦学性能㊂研究表明[37-39]不同温度下的微观结构以及反应产物对Ti3SiC2㊁Ti3AlC2的润滑性能有重要的影响㊂Zou等[38]用放电等离子烧结制备Ti3SiC2增强TiAl基复合材料,Ti3SiC2均匀分布在TiAl基质中,部分分解形成Ti5Si3和TiC,室温摩擦时复合材料表面形成Ti3SiC2润滑膜,550ħ摩擦时形成Fe-Ti-Al-Si-氧化物润滑膜,起润滑作用㊂朱咸勇等[39]发现,当试验温度低于400ħ在轻载条件下难以形成稳定氧化物润滑膜,其润滑特性主要依赖于特殊的层状形貌,而试验温度超过500ħ会促使材料表面形成氧化物润滑膜,起到减摩耐磨的作用㊂同时,MAX金属陶瓷添加量对复合材料摩擦学性能影响较为显著㊂陈海吉[40]使用放电等离子烧结制备Ti3AlC2/Cu复合材料,研究表明,随着Ti3AlC2添加量增加,复合材料摩擦磨损性能得到提高㊂研究发现当含量过高时会导致其致密度降低,影响摩擦学性能㊂烧结温度对MAX金属陶瓷自润滑复合材料性能也有重要影响㊂Zhou等人[41]发现烧结温度在900ħ以上时,在Cu和Ti3SiC2界面会形成Cu㊁TiC x㊁Ti3SiC2和Cu x Si y混合区从而提高系统的润湿性和耐磨性㊂综上,MAX金属陶瓷应用在摩擦材料的大多数情况下,由于摩擦过程中形成的氧化物润滑膜具有特殊的层状结构,使复合材料润滑效果更好㊂另外,表面改性以及较高的烧结温度可进一步提高其润滑效果㊂4㊀有机固体润滑剂除上述固体润滑剂外,还有一类性能优越㊁可用于极端环境(真空㊁强辐射)条件下的单一固体润滑剂-有机固体润滑剂㊂有机固体润滑剂种类很多,如聚四氟乙烯(PTFE)㊁三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)等,但较低的适用温度(-270~275ħ)限制了其在金属基复合材料中的应用㊂PTFE是所有聚合物中摩擦系数最低的[42]㊂其抗剪切强度较低,受剪切力时聚合物链脱开,可提供润滑作用㊂同时,由于含F外壳的存在,其抗咬合性优异,常采用电沉积法与Ni[43]㊁Fe[44]等金属基体组成复合材料㊂MCA润滑特性与MoS2相似,滑动面间极易受力断裂,提供润滑作用㊂Tang 等[43]发现,由于润滑转移层的存在,Ni-Co-PTFE 复合材料显示出良好的摩擦学性能(摩擦系数0.08)㊂Xiang等[44]则指出PTFE的低摩擦系数以及40Cr钢的高强度是40Cr钢-PTFE复合材料具有良好摩擦学性能的重要原因㊂但是PTFE的力402㊀燕山大学学报2023学性能较差,线膨胀系数大,故将PTFE用作固体润滑材料时通常要添加填充物对其进行改性或对金属基体进行阳极氧化处理[45]㊂魏羟等[46]用Pb 粉㊁石墨㊁玻璃纤维填充PTFE制成Cu基镶嵌型关节轴承材料,显示出较好的摩擦磨损性能㊂但李同生等[47]发现,与含铅PTFE镶嵌轴承相比,无铅PTFE镶嵌轴承在工作时所形成的润滑膜最为完整㊁均匀,耐磨性更好㊂同时,对金属基体进行阳极氧化处理改性可进一步提高PTFE与基体金属基体的附着性[45]㊂综上,添加填充物对PTFE进行改性或对金属基体进行阳极氧化处理可大大提高复合材料的机械和摩擦学性能㊂5㊀碳纳米材料固体润滑剂近年来,纳米技术的快速发展推动了金属基自润滑复合材料的开发,出现了新型碳纳米材料固体润滑剂,例如碳纳米管(CNTs)㊁石墨烯(GPLs)等㊂由于其尺寸小,容易进入摩擦接触区域,形成保护摩擦膜,产生自润滑效应㊂同时,界面以下的新型碳纳米材料还可以防止应力集中而引发的严重磨损㊂5.1㊀碳纳米管CNTs具有良好的润滑特性,被认为是金属基自润滑复合材料中石墨的替代品㊂在这方面,有相关报道称已经成功开发了用于汽车工业的CNTs-金属基自润滑复合材料[48]㊂Orowan环化机制以及CNTs与金属基体之间热膨胀失配所产生的位错在增强Al/Cu-CNTs复合材料中起着重要作用[49]㊂为达到预想的润滑效果,CNTs在基体中的均匀分布以及界面调控就显得尤为重要㊂对此,研究者们做了大量的工作㊂2004年,Noguchi等[50]开发了一种新方法制备复合材料,首先让CNTs均匀分布在弹性体基体内,然后用Al来置换弹性体基体,从而保证CNTs均匀分布在Al基体内㊂2019年,周川等[51]采用混酸处理㊁分子水平法结合行星球磨两步混合工艺成功制备出Cu-CNTs复合粉末㊂混酸处理将含O官能团成功引入CNTs表面,提高了CNTs与基体的界面结合㊂以上研究均表明,均匀分布的CNTs可显著提高材料的机械和摩擦学性能㊂5.2㊀石墨烯片GPLs是目前已知最薄㊁最硬㊁导电性能最好的材料,具有良好的润滑特性,同时,可以通过晶粒细化㊁位错强化和应力转移来提高复合材料强度[52]㊂在过去的十多年里,绝大多数报道均表明在基体中均匀分布且结合良好的GPLs能够明显改善金属基复合材料的摩擦学性能㊂但是,聚集状态的GPLs增强效果较差,与石墨薄片几乎无差别㊂研究表明[53-55],不同的因素(例如GPLs的类型㊁含量㊁基体材料㊁混料方法和球磨时间等)会显著影响GPLs在金属基体中的分散性㊂为了保证GPLs均匀地分散在基体中,部分研究者在粉体混合工艺中采用氧化石墨烯代替石墨烯,先得到均匀混合的氧化石墨烯/合金粉体,再通过氧化石墨烯的热还原性质得到高度均匀的还原石墨烯/合金粉体[56]㊂Bastwros等[53]则研究了球磨时间对GPLs增强Al基复合材料的影响㊂发现经过10 min球磨后的材料综合性能反而降低,而60min 球磨后GPLs均匀分散在到Al基体内,在摩擦学性能上,GPLs显示出了良好的增强效果㊂另一方面,化学镀和电化学沉积法制备金属包覆型碳纳米材料,也可以确保GPLs均匀地分散在基体中㊂李远军[55]通过化学镀将纳米铜颗粒负载于还原氧化石墨烯表面的方法来确保其在Cu基体上均匀分布㊂但研究表明,化学镀和电化学沉积法一般仅适用于Cu㊁Ni㊁Ag等电负性较低的金属基体㊂综上,碳纳米材料可显著提高材料摩擦学和机械性能㊂但是,CNTs严重团聚以及与基体结合不牢固会减弱增强效果,甚至导致材料失效㊁降低使用寿命,从而进一步增加制造成本,限制其在金属基自润滑复合材料上的广泛应用㊂这就对制造方法㊁材料尺寸大小以及空间分布提出来更为苛刻的要求,但是,由于弱的层间相互作用,碳纳米管㊁石墨烯在实现超滑方面有很大的潜力[57]㊂因此,目前研究者们对于碳纳米材料固体润滑增强金属基自润滑复合材料的研究也主要集中在这四方面:1)提高碳纳米材料在金属基复合材料中分散的均匀性;2)对碳纳米材料与金属形成的界面组织进行调控;3)掺杂其他固体润滑剂,进一步提高金属的减摩耐磨性能;4)微观尺度上,研第5期邹㊀芹等㊀金属基自润滑复合材料固体润滑剂研究进展403㊀究石墨烯对材料性能的作用机理㊂综上,单一固体润滑剂对使用环境具有选择性,无法实现宽温度范围(25~800ħ)以及多种环境下的有效润滑㊂常见单一固体润滑剂的性能及优缺点见表2[1-57]㊂表2㊀单一固体润滑剂性能及优缺点Tab.2㊀Performance and relative merits of single solid lubricant固体润滑剂适用温度/ħ摩擦系数μ优点存在的问题最新解决方法石墨-270~5500.05~0.3(大气中)廉价㊁减震性良好㊁可在潮湿环境提供有效润滑强度较低,仅在大气环境提供有效润滑对石墨粉末进行表面改性,如镍包覆石墨MoS2-270~3500.006~0.25(大气中)0.001~0.2(真空中)高温真空条件下稳定性优异大气环境易氧化失效掺杂金属或无定形碳BN500~8000.15~0.25(大气中)良好的高温固体润滑剂成本较高,低温润滑性差与低温固体润滑剂协同润滑Ag㊁Au-270~4000.08~0.2(大气中).0.08~0.15(真空中)导电性能优异在酸碱条件下无效,成本高与其他固体润滑剂协同润滑PbO200~6500.1~0.3(大气中)可实现宽温度范围有效润滑有毒物质,摩擦系数较高㊁且形成润滑膜易脱落已被其他固体润滑剂替代CaF2㊁BaF2㊁LaF3500~9000.2~0.4(大气中)可实现高温有效润滑低温润滑性差与低温固体润滑剂协同润滑MAX金属陶瓷400~8000.005(大气中)高温机械和摩擦学性能优异,导电性能良好与Fe等基体复合时,界面结合差,易脱落1)添加增强相;2)对Ti3SiC2㊁Ti3AlC2进行表面改性,如镀铜PTFE-270~2750.04~0.2(大气中)0.04~0.15(真空中)真空润滑性能优异,抗咬合性好300ħ以上失效,不耐高温㊁力学性能较差,线膨胀系数大1)添加填充物对PTFE进行改性;2)对金属基体进行阳极氧化处理碳纳米材料-270~5000.05~0.2(大气中)轻质,可显著提高复合材料机械学㊁摩擦学性能团聚以及界面结合严重影响润滑效果,生产成本高昂1)氧化石墨烯代替石墨烯;2)混酸处理;3)金属包覆碳纳米材料;4)掺杂其他固体润滑剂6㊀多元复合固体润滑剂早在20世纪60年代初,人们就已经发现,两种或者多种固体润滑剂混合使用时,由于不同固体润滑剂之间的协同作用,使得其润滑效果好于其中任何一种固体润滑剂单独作用㊂6.1㊀Ni基自润滑材料的多元复合固体润滑剂在过去的20年中,已经成功开发了一系列Ni 基的高温自润滑复合材料[58-62]㊂该类由Ni基体与固体润滑剂(Ag-BaF2/CaF2/LaF3-金属氧化物/无机盐)组成的自润滑复合材料,在很宽的温度范围(25~800ħ)和高强度(800ħ,500MPa的抗压强度)并存的情况下表现出优异的润滑性能(图2[59])㊂其良好的润滑特性(摩擦系数(0.23~ 0.34)和低磨损率(10-6~10-5mm3N-1m-1)解释为Ag㊁氟化物㊁无机盐的协同作用㊂当高于500ħ时,氟化物中的低共熔物从基体中逸出,发生由脆性到塑性的转变,可进一步提升润滑效果[60]㊂Zhen等[61]指出由于Ag膜的存在,真空环境中该类复合材料摩擦系数和磨损率均低于大气环境中的摩擦系数和磨损率,是一种很有潜力的航空㊁航天材料㊂此外Zhen等[62]的另一份研究表明,在Ag-BaF2-CaF2固体润滑剂的基础上再添质量分数为0.5%~1%的石墨可以使Ni基复合材料获得稳定的摩擦性能(摩擦系数(0.19~0.29)和磨损率(5.3ˑ10-6~2.3ˑ10-5mm3N-1m-1)㊂404㊀燕山大学学报2023图2㊀Ni 基自润滑复合材料的摩擦学性能Fig.2㊀Tribological properties of Ni basedself-lubricating composites6.2㊀Ni 3Al 基自润滑材料的多元复合固体润滑剂进一步研究表明[63-65],该类由Ni 3Al 基体与固体润滑剂(Ag-CaF 2-BaF 2)和增强材料(Cr,Mo 等金属元素)组成的自润滑复合材料,在从室温到1000ħ的宽温度范围内表现出低摩擦系数(μ<0.4)和低磨损率(10-6~10-4mm 3N -1m -1),且具有令人满意的机械性能(硬度>300HV,抗压强度>1000MP)㊂Zhu 等[65]采用热压烧结法制备的Ni 3Al-6.2BaF 2-3.8CaF 2-12.5Ag-20Cr 复合材料实现了室温到1000ħ的有效润滑(摩擦系数(0.24~0.37)和低磨损率(5.2ˑ10-5~2.3ˑ10-4mm 3N -1m -1))㊂Ni 3Al 基体良好的高温机械性能,Ag㊁氟化物㊁无机盐的协同润滑以及Cr 元素对基体的增强作用使得其可以实现更宽温度范围的有效润滑㊂与Ni 基自润滑复合材料相比,Ni 3Al 基自润滑复合材料则可实现更宽温度范围内的有效润滑,其润滑机理见图3[66]㊂6.3㊀TiAl 基自润滑材料的多元复合固体润滑剂近年来,由于航空㊁航天工业的需要,科研人员制备了一系列基于TiAl 基的高温自润滑复合材料[67-69]㊂该类由TiAl 基体与固体润滑剂(Ag-Ti 3SiC 2-BaF 2/CaF 2)组成的自润滑复合材料,具有硬度高(>500HV)㊁轻质(ρ<3.9g /cm 3)等优点㊂结果表明[66-68],Ag-Ti 3SiC 2-BaF 2-CaF 2润滑体系在宽温度范围内下具有良好的协同效应:低温时,银扩散到金属基体的摩擦表面形成了一层富Ag 的摩擦膜,高温时,由于BaF 2㊁CaF 2的挤压和Ti 的氧化,在摩擦表面形成了一层含氟化物和氧化物的摩擦膜㊂但是,从室温到800ħ的宽温度范围内其摩擦系数(μ>0.3)和磨损率(10-4mm 3N -1m -1)较高,摩擦学性能有待进一步提高㊂图3㊀宽温度范围内Ni 3Al 基自润滑复合材料的润滑机理Fig.3㊀Lubrication mechanism of Ni 3Al based self-lubricating composites in a wide temperature range㊀㊀综上,可得出:1)多元复合固体润滑剂的协同作用在宽温度范围内对改善复合材料的摩擦学性能起重要作用;2)选择高温机械性能优异的金属基体以及适当添加Cr㊁Mo 等金属元素可实现更宽温度范围的有效润滑;3)Ag 与氟化物/无机盐/MAX 金属陶瓷材料等高温固体润滑剂的组合具有极佳的协同润滑作用㊂6.4㊀Fe /Cu /Ag 等金属基自润滑材料的多元复合固体润滑剂㊀㊀人们对多元复合固体润滑剂对Fe [70-71]㊁Cu [72]㊁Ag [73]等金属基体性能影响也进行了大量研究㊂Li 等[71]发现以LaF 3和MoS 2作为润滑组元的Fe 基复合材料可显示出超低的摩擦系数(0.09),。

粘结固体润滑涂层的研究及其应用

粘结固体润滑涂层的研究及其应用摘要:粘结固体润滑涂层是固体润滑材料的主要类型之一，在航空航天等军工高技术领域和民用工业领域获得了广泛的应用。

本文介绍了几种主要类型的粘结固体润滑涂层及其性能特点；概述了在粘结固体润滑涂层基础和应用研究方面的最新进展；结合典型应用事例，评述了粘结固体润滑涂层在解决特殊工况条件下机械的磨损、润滑、粘着冷焊等摩擦学问题中所发挥的重要作用；最后列表介绍了中科院兰州化物所近年来研制的几种粘结固体润滑涂层材料。

关键字:润滑,研究,技术,树脂1 引言近30年来，摩擦学研究的重大进展之一就是其研究重点从传统的流体动力润滑与润滑系统向摩擦学材料科学与技术（包括表面工程）的转变⑴。

作为这一转变的重要标志之一的新型固体润滑材料与技术不仅在航空航天等军工高技术领域解决了一系列特殊工况条件下的润滑难题，而且在民用工业领域的应用也在迅速扩展。

粘结固体润滑涂层是固体润滑材料的主要类型之一，这是一种将固体润滑剂分散于有机或无机粘结剂体系中，再用类似于油漆的涂装工艺在摩擦部件表面上成膜以降低其摩擦与磨损的一种新型润滑技术。

在西方发达国家，自1946年美国NASA研制出第一种含MoS2的有机粘结固体润滑涂层以后，因其性能独特，有关这一类材料的研究和应用均得到了迅速的发展。

有关国家不仅制定了相关的技术标准，而且创建了多个专门从事这一类材料研究和开发生产的实体，截止目前，仅实现商品化生产的就有上百个品种，其应用已遍布从高技术的航空航天到日常生活的各个方面。

国内粘结固体润滑涂层研究的起步并不算晚，60年代初以来，结合国防军工高技术产业的发展要求，先后研制了几十个品种的粘结固体润滑涂层材料，解决了一大批航空航天等重点军工型号建设中的重大润滑难题。

尤其是近年来，针对高温、真空、高负载、强辐射等极端苛刻工况条件下的使用要求，在系统开展粘结固体润滑涂层应用基础研究的基础上，研制出了多种具有特殊性能并具有良好综合性能的先进粘结固体润滑涂层材料，其中有些品种达到了美国军标的要求，使我国的粘结固体润滑涂层材料的研究达到了国际同类材料的先进水平，为国防现代化做出了重要的贡献；另一方面，在民用工业领域，自八十年代以来，随着引进技术的不断增多，带来了大量的粘结固体润滑涂层的应用技术，国产粘结固体润滑涂层亦以此为契机，开始获得了广泛的应用，并取得了显著的经济和社会效益。

绿色润滑油中纳米WS2颗粒的摩擦学性能分析

２１１纳米ＷＳ颗粒．．实验所用纳米ＷＳ颗粒。
通过采用多能场复合作用下的湿法粉碎法制备而成，米ＷＳ颗粒的ＳＭ照片见图１纳。Ｅ。
～
收稿日期：２１－７１；修改稿收到日期：２１－００。０００９００１ —９作者简介：罗仁芝（６）女，教授，１７－，副９主要从事车用发动机
性能和极压抗磨性能；张俐丽等采用行星式高能球磨机并辅以溶剂热诱导的方法制备出棒状结
构的ＷＳ纳米材料，其作为润滑油添加剂的摩。对擦学性能进行了初步研究，现其能有效改善润发滑油的摩擦性能；ａｏｏｔＲｐｐｒ等利用气固反应制备了中空的ＷＳ纳米管，各种测试条件下检测在其特性，表明ＷＳ均纳米管对润滑油性能具有改善效果。本课题在前期研究的基础上，察不同考添加量的纳米ＷＳ对绿色润滑油摩擦学性能的影响以及不同工况下纳米ＷＳ的摩擦学性能。
但仅限于航天、空工业和国防工业，到１８航直９４年
才由美国ＭＳ公司将ＷＳ润滑技术引入一般工Ｃ
业领域中ｌ］＿。近年来，】随着纳米材料制备技术及

WS2金属表面处理技术介绍

WS2金属表面处理技术介绍WS2金属表面处理技术是：●一项美国高科技成果●最佳的干膜润滑剂●解决表面磨损的最佳途径●WS2是现代工业所使用的独特的、革命性的表面润滑方法。

●WS2 以分子状态牢固地与基材结合成一体。

●膜厚仅0.5 微米。

为美国国家航空暨太空总署开发研制符合美国军用标准DOD-L-85645 美国军方、国防部、太空总署已广泛采用。

ws2技术性能WS2是最佳的干膜润滑剂，是解决表面摩损的最佳途径，经过WS2处理的产品能实现使用性能上质的飞跃，大幅度提高产品的附加值，使企业经济效益递增。

WS2技术使用独特的射频溅射离子镀膜工艺，该润滑剂能与任何金属或树脂立即牢固结合，膜厚仅0.5 微米。

膜最高承载可达到10万帕斯卡，化学性能稳定、无毒，可镀基材适用于铁、钢、铝、铜、不锈钢、合金钢等各种金属。

性能优于MoS2 （二硫化钼）固体润滑剂。

WS2技术性能摩擦系数：0.030 （动态），0.070 （静态）承载能力：膜层与基材的承载能力相同，膜最高承载可达到100,000PSI （帕斯卡）润滑温度范围在正常大气压中，从-273 ℃到650℃；在10 -14 Torr 高真空中，从-188 ℃到1316 ℃化学稳定性：惰性物质，无毒磁性：无磁性硬度：洛氏硬度约30HRC膜厚：0.5 微米颜色：兰灰色耐腐蚀性：减缓腐蚀，但不能完全防止基体受腐蚀可镀基材：铁、钢、铝、铜等各种金属，塑料及人造固体兼容性：与大部分油漆兼容, 与溶剂、油、燃料兼容军用标准：DOD-L-85645WS2的优点及效益●解决问题：降低摩擦系数，减少磨损、咬合等。

●模具中顶针等运动件不必再加油，解决了产品后处理中油污所造成的难以涂装、电镀等问题。

●保持零件尺寸不变，涂层厚度仅0.5 微米。

●操作温度范围广，从-273 ℃到650 ℃。

●物体表面可达100% 润滑。

●与所有物质在分子水平上结合，基材表面结合的WS2 微粒只能通过去除基材表面才能消除。

固体润滑材料的发展状况

固体润滑材料的发展状况发布时间：2021-03-29T10:46:51.727Z 来源：《文化研究》2021年3月下作者：张金洪、谭杰森[导读] 润滑技术在我国有悠久的发展历史,因此本文将按一般的分类方法,将它分为固体粉末润滑剂、固体润滑膜、自润滑复合材料三大类来介绍它的发展概况。

重庆工商大学张金洪、谭杰森 400020摘要：润滑技术在我国有悠久的发展历史,因此本文将按一般的分类方法,将它分为固体粉末润滑剂、固体润滑膜、自润滑复合材料三大类来介绍它的发展概况。

一、固体粉末润滑剂1.作为润滑油脂添加剂此项研究工作在我国约始于五十年代末期。

到目前为止,作为润滑油脂添加剂的固体粉末润滑剂主要有二硫化泪、石墨、氟化石墨、聚四氟乙烯、二硒化泥、二硫化钨等等。

作为添加剂来改性润滑油脂的效果是明显的。

如二硫化泪、石墨、氟化石墨分别添加在硅油一锉皂脂K K一3和矿油一锉皂脂3 0 4中,在温度法四球机上作抗摩性能对比的结果表明,在硅油脂中,氟化石墨有较好的效果;在矿油中则是添加二硫化泪有较好的效果。

2.粉末飞溅润滑直接将固体粉末润滑剂放在需要润滑的部件的密封箱中,利用转动部件使粉末飞扬起来,然后落到需要润滑的摩擦面上,从而得到润滑效果。

将固体粉末润滑剂直接加入到需要润滑的摩擦表面,同样可以得到粉末润滑的效果。

如徐州重型机械厂在回火炉、闷火炉上的轴承就是直接用二硫化铂粉末进行润滑的。

他们成功地解决了原来用油脂润滑时,润滑脂在高温下的流失、冒烟、烟雾污染的问题。

此外,实践证明,用固体粉末润滑剂作为机械零部件跑合期的润滑剂,其效果比用油脂润滑好。

3.制成悬浮液来进行润滑将固体粉末润滑剂制成悬浮液(或乳液)浸渍在多孔的青铜或铬、铁、镍等烧结材料中,作成具有自润滑性能的轴承、轴套、压缩机活塞环、导向环等等来使用。

这种使用方法目前国内已经取得了很好的结果[5]的。

国营安东机械厂的有关人员曾将二硫化铝粉末与酒精按不同配比制成悬浮液浸渍不同型号的磨床砂轮,发现磨床砂轮的消耗量因而降低到原来消耗量的二分之一,同时还减少了砂轮的修正时间和次数、消除了磨削加工的挤压噪声、还可以提高磨削加工的进刀量(可由0.05一0.15毫米增大到0.3毫米)。

WC_C固体润滑涂层的滑动摩擦磨损性能研究

WC/C固体润滑涂层的滑动摩擦磨损性能研究Friction and Wear Properties of WC/C Solid L ubricant Coating莫继良,陈　龙,朱旻昊(西南交通大学牵引动力国家重点实验室摩擦学研究所,成都610031)MO Ji2liang,C H EN Long,ZHU Min2hao(Tribology Research Instit ute,Traction Power State KeyLaboratory,Sout hwest Jiaotong U niversity,Chengdu610031,China)摘要:在CETR UM T22摩擦磨损试验机上用Si3N4陶瓷球和纯钛(TA2)球作为对磨副,对物理气相沉积(PVD)方法制备的WC/C固体润滑涂层进行了球2盘式的滑动摩擦磨损实验。

利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和电子能谱(EDX)对磨损表面进行了微观分析,探讨了WC/C涂层的摩擦磨损机理。

结果表明:滑动速度对WC/C涂层的摩擦特性影响很大,较小的滑动速度有利于在两种对磨副的磨痕表面形成致密连续的转移膜。

Si3N4球作为对磨副时, WC/C涂层的损伤主要表现为剥层及氧化磨损;纯钛球作为对磨副时,涂层损伤表现为轻微的磨粒磨损和氧化磨损, WC/C涂层拥有良好的抗钛粘着性能。

关键词:PVD;WC/C;固体润滑涂层;摩擦磨损;钛;抗粘着性中图分类号:T H117.1T G;174.444 文献标识码:A 文章编号:100124381(2008)0820013204Abstract:WC/C solid lubricant coating was p repared by Physical Vapor Deposition(PVD)technique. The f rictio n and wear properties of t he WC/C coating sliding against Si3N4ceramic ball and titanium ball were investigated by using CETR UM T22micro2t ribo meter in a ball2on2disc configuration.The worn surfaces of t he coating and counterpart s were evaluated by Optical Microscope(OM),Scanning Electron Micro scopy(SEM)and Energy Dispersive X2ray spect roscopy(EDX),and t he wear mecha2 nism of t he coating was discussed consequently.The result s showed t hat t he sliding velocity had great influence on t he friction properties of t he WC/C coating,and a relatively lower sliding velocity was of benefit to forming dense and continuous t ransferred films on t he two counterpart s.The wear damage of t he WC/C coating was characterized by a combinatio n of delamination and oxidative wear when slid2 ing against Si3N4ball,and by a combination of ultra2mild abrasive and oxidative wear when sliding against titanium ball.The WC/C coating exhibited good anti2adhesion properties against titanium.K ey w ords:PVD;WC/C;solid lubricant coating;f riction and wear;titanium;anti2adhesion 类金刚石(DL C)涂层的制备、力学及摩擦学性能研究始于20世纪70年代,并一直备受关注[1],目前对其性能的研究主要集中于摩擦学特性[2,3]。

WS2二硫化钨固体润滑涂层的实际应用及技术说明

WS2技术的起源和发展水手号太空船的副产品，一个技术转化的典范——由探索太空所衍生出的干膜润滑技术被转化到一般工业生产和制造技术中（本文由美国国家航空暨太空总署（NASA）提供.在美国早期的太空研究中，水手号太空船是NASA所有项目中最为成功的项母质一。

水手号太空船系列是为探索金星和火星所研制的，共有九只。

在那个时代赢得了惊人的成功。

水手号系列太空船的研制处于科学技术飞速发展的时候，因此每一个新的型号都包含了一些超越旧型号的技术改善。

最后四个型号水手六号至水手九号，代表了这个系列的第二代产品，其体积更大，重量更重，并且比早期的水手号复杂得多。

后期的水手号太空船具有许多尖端技术:包括动力系统、科学仪器、通讯手段和图像/数据传输系统。

在所有这些改善中有一项鲜为人知的尖端技术：为水手号太空船航天使命特殊需要而开发的一种干膜润滑剂。

美国Stanford.University（史坦佛大学）的Robert.D.Nelson博士开发的这种产品在严酷的星际环境中（温度极低的温度到500o F），它均能提供优异的润滑效果，以减少运动部件的磨擦和延长使用寿命。

后来，美国伊利诺州的Micro.Surface.Corporation（MSC）公司获得并且发展和完善了此项技术。

MSC将此种润滑剂命名为WS2并推向市场。

该润滑剂能与任何金属或树脂立即牢固结合，膜厚仅0.5微米。

水手号任务完成后，WS2开始在工业领域中得到应用，但仅限于航天航空工业和国防工业。

1984年，MSC公司将WS2技术引入到一般工业领域中。

从那以后，WS2以其优异的特性迅速不断地推广开。

汽车工业、医疗设备、塑料工业、工具和冲模以及机器人工业都已经使用了WS2技术。

例如用在机械工具、工业齿轮和轴承、电动马达、压缩机、低温泵及小火枪上。

在塑料工业中，WS2镀膜可以用于各种注塑成型模具、吹塑成型模具和挤压成形模具中，其效益是减少了在工具钢与树脂之间的拖曳现象，降低了磨擦阻力，增加了产量。

【浙江省自然科学基金】_摩擦系数_期刊发文热词逐年推荐_20140812

推荐指数 3 3 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2013年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
2008年序号 1 2 3 4 5
科研热词镍磷合金激光热处理激光技术氧化铝化学镀
推荐指数 1 1 1 1 1
2009年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
科研热词阳极氧化铝织物结构碳纳米棒碳纤维真空电阻摩擦磨损应变不锈钢纤维
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1
推荐指数 5 5 5 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
53 cnx薄膜
1
科研热词薄膜脉冲激光沉积固体润滑 ws2 近壁区运动轨迹软性磨粒流(saf) 车速结构化表面离散相模型(dpm) 汽车-行人碰撞氮化碳氩气流量气动比例阀比例电磁铁fem模型正交试验摩擦与磨损建模仿真应力多体动力学基底温度固体相四面体非晶碳膜单弯曲阴极真空电弧仿真 x射线光电子谱 sp3含量
科研热词薄膜脉冲激光沉积摩擦与磨损氮化碳 x射线光电子谱螺旋管脉冲激光沉积(pld) 沉积气压氮化铝正交试验摩擦磨损拉曼光谱拉曼(raman)光谱 β -环糊精 x射线光电子能谱(xps) 高频循环剪切饱和松砂颗粒离散元阻力特性辨识足垫质量守恒空化磨具相对密度热流密度激励轨迹滑移特性流线迎风油酸气液两相流机械密封机器人有限元有机高分子材料数值模拟摩擦阻力降摩擦角摩擦系数摩擦学性能摩擦力接触面孔隙率原位聚合包合物动力学剪切速率两相流 β -环糊精/油酸包合物 rc2540-mf树脂微胶囊 mf树脂粒子 cnχ 薄膜

固态润滑薄膜摩擦副摩擦特性研究

固态润滑薄膜摩擦副摩擦特性研究摩擦学是研究固体间接触与相对运动时产生的摩擦与磨损现象的学科，广泛应用于机械工程、材料科学、表面工程等领域。

在摩擦学中，润滑技术被用于减少动摩擦副之间的接触面积和减小摩擦力，以延长工件的使用寿命。

固态润滑薄膜是一种应用于工业摩擦副的新型润滑材料。

它具有高温抗磨和耐腐蚀等特性，适用于高温、高速、高负荷和恶劣工况下的摩擦副润滑。

本文将对固态润滑薄膜摩擦副的摩擦特性进行研究和探讨。

首先，固态润滑薄膜的摩擦特性与表面物理和化学特性密切相关。

实验研究表明，固态润滑薄膜能够在摩擦副表面形成均匀、连续和致密的润滑膜，这是由于薄膜与摩擦副表面分子间的吸附和表面反应所导致的。

薄膜的吸附能力和稳定性决定了其润滑性能的优劣。

因此，研究薄膜的物理和化学特性，如厚度、成分、表面形貌等，对于理解固态润滑薄膜的摩擦特性至关重要。

其次，固态润滑薄膜的摩擦特性与工作条件有密切关系。

不同的工作环境和工作状态会对薄膜的润滑效果产生影响。

例如，在高温条件下，薄膜的稳定性和抗氧化性能非常重要，因为高温容易导致薄膜的氧化和热分解。

此外，在高速和高负荷条件下，薄膜的抗磨性能和减摩效果更加关键。

因此，在研究固态润滑薄膜的摩擦特性时，需要考虑到不同的工作条件对摩擦副的影响。

进一步研究发现，摩擦副表面的微观变形和应力分布也会影响固态润滑薄膜的摩擦特性。

摩擦副的载荷和速度会导致摩擦表面的塑性变形和应力集中，这可能会破坏薄膜的完整性和稳定性。

因此，设计和优化摩擦副的几何形状和材料特性对于提高固态润滑薄膜的润滑效果和抗磨性能至关重要。

此外，摩擦副润滑薄膜的摩擦特性还与润滑油的性质有关。

固态润滑薄膜通常与润滑油共同工作，以实现更好的摩擦和磨损控制效果。

润滑油的粘度、添加剂和基础油种类可以影响润滑薄膜与摩擦副的相互作用和摩擦特性。

因此，研究润滑薄膜与润滑油之间的相互作用机制对于优化摩擦副的润滑效果非常重要。

在固态润滑薄膜摩擦副的研究中，还可以利用各种表征手段来评估薄膜的摩擦特性。

二维层状固体润滑剂

二维层状固体润滑剂二维层状固体润滑剂是一种具有独特结构的固体材料，广泛应用于各种摩擦表面的润滑。

本文将介绍二维层状固体润滑剂的特点、应用领域以及未来的发展方向。

首先，二维层状固体润滑剂具有优异的润滑性能。

它由多层平面结构的片状材料组成，具有高度规则的晶格结构和大量的表面活性位点。

这些特点使得二维层状固体润滑剂具有低摩擦系数、高抗磨性能以及优良的耐高温性能。

相比于传统的润滑剂，二维层状固体润滑剂不易挥发、不易氧化，具有更长的使用寿命。

其次，二维层状固体润滑剂在多个领域有着广泛的应用。

首先是机械制造领域，二维层状固体润滑剂可以应用于各种机械设备的摩擦副，如轴承、齿轮等。

其优异的润滑性能可以显著降低机械设备的能耗，延长设备的使用寿命。

其次是航空航天领域，二维层状固体润滑剂可以应用于飞机、火箭等高速运动的摩擦副。

其低摩擦系数可以减小能耗，提高运动的效率。

此外，二维层状固体润滑剂还可以应用于电子器件、能源储存等领域，为各种设备的性能提升提供支持。

随着科学技术的不断进步，二维层状固体润滑剂的研究也在不断深入。

首先，研究人员正在开发新的二维层状固体润滑剂材料。

目前已知的二维层状固体润滑剂材料有石墨烯、二硫化钼等，但仍有很多材料有待探索。

研究人员希望能够开发出更多性能优异的二维层状固体润滑剂，以满足不同领域的需求。

其次，研究人员正在研究二维层状固体润滑剂的润滑机理。

通过深入理解润滑机理，可以进一步优化润滑剂的性能，提高其润滑效果。

最后，研究人员还在探索二维层状固体润滑剂与其他材料的复合应用。

通过将二维层状固体润滑剂与其他材料复合使用，可以进一步提升润滑剂的性能，实现更广泛的应用。

综上所述，二维层状固体润滑剂具有优异的润滑性能，广泛应用于各个领域。

随着科学技术的不断进步，二维层状固体润滑剂的研究也在不断深入。

相信未来会有更多的突破，为各个领域的润滑问题提供更好的解决方案。

固-液复合润滑对轴承钢摩擦学性能的影响

固-液复合润滑对轴承钢摩擦学性能的影响随着现代工业的发展，轴承作为机械传动系统中的重要易损组件，其可靠性和寿命受到广泛关注。

钢材是制造轴承最重要的材料之一，而固-液复合润滑作为一种新型润滑方式，对轴承钢的摩擦学性能有着不可忽视的影响。

本文通过文献综述和实验研究，探讨固-液复合润滑在轴承钢摩擦学性能中的影响。

一、固-液复合润滑的概念及特点固-液复合润滑是指利用某种固体作为滑动副中的润滑剂，与润滑油组成复合润滑剂，通过摩擦和磨损机理的改变，减小润滑剂的耗损和润滑失效的风险。

这种润滑方式具有以下优点：1. 减小润滑剂消耗：使用固-液复合润滑后，润滑剂的消耗会大大降低，从而减少对环境的污染和成本的支出。

2. 提高润滑效果：固-液复合润滑能够提高润滑效果，减小摩擦系数和磨损率，从而提高传动系统的可靠性和寿命。

3. 适用性广泛：固-液复合润滑不仅适用于高温，高压和高速工作条件下的机械传动系统，也适用于常温、常压和低速的机械传动系统。

二、固-液复合润滑对轴承钢摩擦学性能的影响1. 润滑剂的种类固体润滑剂的核心作用是降低轴承钢的摩擦系数和磨损率。

石墨是目前最为常见的固体润滑剂，其石墨片层间距可以根据应力来调整，并且具有一定的表面极性，可以促进润滑剂的分散。

其他的固体润滑剂还有MoS2和WS2等。

实验结果表明，采用固-液复合润滑后，轴承钢的摩擦系数和磨损率显著降低。

2. 润滑油的选择固-液复合润滑主要采用常规润滑油，如齿轮油、工业润滑油等，也可以采用专门的润滑油，如极压润滑油等。

实验表明，采用不同的润滑油会对摩擦学性能产生影响。

例如，在高温高压条件下，使用低粘度的润滑油能够显著降低轴承钢的磨损量。

3. 温度的影响固-液复合润滑一般适用于高温条件下的机械传动系统。

因此，固体润滑剂和润滑油的选择应该考虑高温下的油膜形成和润滑效果。

实验结果表明，在400℃高温下，采用钼-碳复合润滑体系能够显著降低轴承钢的摩擦系数和磨损率。

固体膜润滑剂耐燃油及摩擦学性能研究

固体膜润滑剂耐燃油及摩擦学性能研究鲍天骄;李凤兰;王振军;李阳阳;王彦【摘要】通过系列耐燃油及摩擦学性能试验设计,模拟固体膜润滑剂在发动机燃油系统中的实际应用条件,对比研究满足MIL-PRF-46010标准的固体膜润滑剂(牌号A)、航空通用高温固体膜润滑剂(牌号B)以及航天用中温固体膜润滑剂(牌号C)在燃油系统中的耐燃油及摩擦磨损性能.结果表明:喷气燃料对A型固体膜润滑剂的影响不大,喷气燃料浸泡前后A型固体膜润滑剂的平均摩擦因数均在0.02～0.05范围内,耐磨寿命均在1h以上;A型固体膜润滑剂与喷气燃料长期接触不会影响喷气燃料的性能;A型固体膜润滑剂材料不论是在承载能力、耐磨寿命还是耐燃油性能方面都明显优于B型及C型固体膜润滑剂,这是因为A型固体膜润滑剂中的MoS2和Sb2O3起到了协同抗磨作用.%Through the design of jet fuel resistance and tribological properties,the real condition of solid film lubricant in engine was simulated.The Jet fuel resistance and tribological properties of three kinds of solid film lubricants in the fuel system were researched and compared,including the solid film lubricant (Type A) which satisfied the standard of MILPRF-46010,general aviation high temperature solid film lubricant (Type B) and aerospace mild temperature solid film lubricant (Type C).The results show that type A solid lubricant has no influence on the properties of jet fuel in a longtime contact,and jet fuel has little influence on type A solid film lubricant.Whether dipping in fuel or not,the average friction coefficient of type A solid lubricant is maintained in 0.02 to 0.05,and wear life is above 1 hour.Type A solid lubricant is obvious superior to type B and C solid lubricant in carrying capacity,wear life andfuel resistance properties,which is benefited from the synergistic anti-wear effect between MoS2 and Sb2O3 in the type A solid lubricant.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2017(042)005【总页数】5页(P130-134)【关键词】无油润滑;固体膜润滑剂;耐燃油【作者】鲍天骄;李凤兰;王振军;李阳阳;王彦【作者单位】北京航空材料研究院北京100095;北京航空材料研究院北京100095;北京航空材料研究院北京100095;北京航空材料研究院北京100095;北京航空材料研究院北京100095【正文语种】中文【中图分类】TB34;TH117.1固体润滑膜是二战后随航空航天技术发展起来的一种新型润滑材料，以整体材料、涂层或薄膜为主要润滑形式，是一种能够满足高温(≥250 ℃)、低温(≤-100 ℃)使用环境的润滑材料[1]。

安弗柯林表面处理工艺

安弗柯林表面处理工艺
安弗柯林表面处理工艺是一种特殊的、有针对性的表面处理技术，也被称为AFKT表面技术，或者固体润滑涂层工艺、减摩涂层施作工艺。

它通过尖端技术有效施加MoS2、WS2、石墨、PTFE、特殊金属、特殊无机物等为基质的物料，以支持运动副间长效、极端、复杂、防腐、环保、清洁等特殊润滑需求的表面处理技术。

这种工艺摒弃了液体润滑及传统表面处理方式可能的污染、失效、高低温变性、润滑效能有限等带来的风险，并且能够根据不同的基质诠释其所属效能。

举例来说，通过AFKT技术实施以MoS2和PTFE为基质的润滑涂层在承压下的摩擦系数比较，其结果明显优于承压下液体润滑剂的摩擦系数平均数据（数值参考、遵循LFW1 TM-ASTM-D-2714标准）。

如需了解更多关于安弗柯林表面处理工艺的信息，建议咨询专业技术人员或查阅相关书籍。