随着航空航天技术的高速发展, 发动机推动比不 断提高, 其内部工件环境温度要求变得更为苛刻, 材 料在高温条件下的摩擦、磨损成为亟待解决的问 题[ 1 ] 。因此, 高温减摩耐磨材料的研制成为材料及固 体润滑领域的研究热点[ 2 ]。 NiCr2Cr2O3 2BaF2 /CaF2 系列金属陶瓷涂层作为高 温固体自润滑材料, 在高温下具有优异的减摩耐磨性 能, 已广泛应用于航空航天涡轮发动机轴承[ 3 - 4 ] 。其 优异的自润滑性能来源于各组元独特的性能特征: NiCr合金具有优异的耐热、抗高温氧化性能, 为涂 层提供基本的机械强度; Cr2O3 作为硬质相, 在高温 下亦具有润滑性能; BaF2 /CaF2 共晶作为高温润滑组 元, 具有层状CF12晶体结构, 在400～500 ℃发生脆 性到塑性的结构转变, 其低的剪切强度使其易于形成 润滑转移膜而阻碍涂层的磨损, 即使温度超过1 000 ℃也能产生很好的润滑作用[ 5 ]。 爆炸喷油作为一种热喷油技术, 因其气流温 度高( 3 500 ～4 000 ℃) , 喷油粉末飞行速度快 ( 1 200 ～1 500 m / s) , 对基体的冲击动能高等特点, 是获得高涂层2基体结合强度、高致密度碳化物及氧 化物复合涂层的重要表面处理工艺[ 6 ]。将爆炸喷油工 艺运用于制备高温固体润滑涂层, 可以有效地克服等 离子喷油NiCr2Cr2O3 2BaF2 /CaF2 系列涂层具有的高孔 隙率(15% ) 和低涂层2基体结合强度( < 35 MPa) 等不足[ 7 ]。此外, 目前尚未有关于爆炸喷油工艺制备 的NiCr2Cr2O3 2BaF2 /CaF2 复合涂层的摩擦磨损性能研 究的报道。 本文作者采用SRV高温摩擦磨损试验机, 考察 了25 ℃和500 ℃干滑动摩擦状态下, 爆炸喷油NiCr2 2BaF2 /CaF2 复合涂层的摩擦学行为特征, 并探 讨了涂层的磨损机制。 1 试验部分 图1 SRV摩擦试验装置示意图 Fig 1 Schematic of SRV friction and wear tester 以尺寸规格为<24 mm ×7188 mm的304 不锈钢 为基体, 以NiCr220% (质量分数) Cr2O3 210%BaF2 / CaF2 复合粉体为原料, 在以乙炔为爆燃气体, 氮气 为保护气的状态下, 采用特定爆炸喷油工艺制备了 NiCr2Cr2O3 2BaF2 /CaF2 复合涂层。喷油前对基体进行 丙酮超声清洗, 晾干后进行喷砂处理, 使其表面粗 化, 以利于涂层的沉积; 试验采用的爆炸喷油设备为 俄罗斯产Ob型水平爆炸喷抢。 在SRV高温摩擦磨损试验机上采用球( <10 mm 的Si3N4 球) 2盘(涂层2基体试样) 配副方式进行摩 擦磨损试验。试验装置如图1所示, 下试样盘固定不 动, 上试样球做往复运动。试验参数: 试验温度为 25 ℃和500 ℃; 法向载荷为20 N; 滑动频率为20 Hz; 冲程为115 mm。摩擦因数值由试验机上的计算 模块自动给出; 采用FEIQUANTA2600型环境扫描电 镜观察涂层磨损表面形貌并分析磨损机制。 |
