高溫潤滑涂層

中文名稱

高溫潤滑涂層

英文名稱

high temperature lubricating coating

定　　義

涂覆在運動物體表面，可在高溫(700~ 1800℃)下減小互相接觸的運動物體之間的摩擦力，從而滿足某一要求的一類涂層。

應(yīng)用學(xué)科

材料科學(xué)技術(shù)（一級學(xué)科），無機非金屬材料（二級學(xué)科），無機涂層（三級學(xué)科）

涂覆在加工件表面，用以運載潤滑劑進入變形區(qū)，以提高潤滑效果的涂層。有金屬、非金屬涂層，用于非金屬涂層的如石灰等，用于金屬涂層的如鋅鍍層等。

中文名稱

自潤滑涂層材料

英文名稱

self-lubrication coating material

定　　義

含有固體潤滑組分的涂層材料。

應(yīng)用學(xué)科

機械工程（一級學(xué)科），表面工程（二級學(xué)科），熱噴涂（三級學(xué)科）

"第1章 緒論 1

1.1 固體潤滑涂層的典型使用環(huán)境與應(yīng)用領(lǐng)域 1

1.1.1 空間環(huán)境 1

1.1.2 航空工業(yè)和先進能源裝備領(lǐng)域 3

1.1.3 高速切削工具和模具領(lǐng)域 5

1.1.4 低溫條件 5

1.2 特殊環(huán)境和工況下的潤滑涂層 5

1.2.1 空間環(huán)境用潤滑涂層 6

1.2.2 航空工業(yè)與先進能源裝備用潤滑復(fù)合涂層 10

1.2.3 高速切削工具用潤滑涂層 11

1.3 固體潤滑涂層的發(fā)展與趨勢 12

1.3.1 第一代：單組元涂層 13

1.3.2 第二代：多層和多組元涂層 14

1.3.3 第三代：梯度、超點陣和納米結(jié)構(gòu)涂層 14

1.3.4 第四代：智能涂層（自適應(yīng)或變色龍涂層） 15

1.3.5 織構(gòu)化與固體潤滑復(fù)合涂層 16

1.4 本書內(nèi)容簡介 16

參考文獻 17

第2章 新型固體潤滑涂層設(shè)計 19

2.1 固體潤滑涂層的設(shè)計基礎(chǔ) 19

2.1.1 潤滑涂層的低摩擦設(shè)計 19

2.1.2 潤滑涂層的耐磨損設(shè)計 21

2.1.3 潤滑涂層的強韌化設(shè)計 21

2.1.4 潤滑涂層的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計 22

2.2 耐磨潤滑復(fù)合涂層 23

2.2.1 涂層中的潤滑組元 23

2.2.2 硬質(zhì)涂層基體組元 24

2.2.3 含有潤滑組元的硬涂層 25

2.2.4 摻雜其他元素的潤滑涂層 25

2.3 韌性納米復(fù)合潤滑涂層 25

2.3.1 韌性納米晶/非晶復(fù)合涂層 26

2.3.2 控制晶粒尺寸和織構(gòu)的納米晶涂層 27

2.3.3 多層納米復(fù)合涂層 28

2.3.4 梯度功能涂層 29

2.4 空間交變環(huán)境條件下的潤滑涂層 29

2.4.1 空間干/濕交變環(huán)境的潤滑涂層 29

2.4.2 空間大氣/真空交變環(huán)境潤滑涂層 30

2.4.3 空間高低溫交變環(huán)境潤滑涂層 31

2.5 寬溫度環(huán)境條件下的潤滑涂層 32

2.5.1 高速切削刀具用高溫潤滑硬涂層 32

2.5.2 航空航天用高溫潤滑涂層 34

2.6 研究展望 35

參考文獻 35

第3章 硫化物潤滑涂層 38

3.1 過渡金屬硫族化合物涂層 38

3.1.1 過渡金屬硫族化合物的晶體類型與晶體取向 38

3.1.2 過渡金屬硫族化合物的潤滑機制 40

3.1.3 影響摩擦學(xué)行為的材料因素 43

3.1.4 摩擦學(xué)行為的環(huán)境依賴性 44

3.1.5 過渡金屬硫化物的改性 49

3.2 元素?fù)诫s的過渡金屬硫化物涂層 50

3.2.1 摻雜元素對過渡金屬硫族化合物結(jié)構(gòu)的影響 50

3.2.2 摻雜元素對過渡金屬硫族化合物涂層性能的影響 53

3.2.3 金屬摻雜過渡金屬硫化物 54

3.2.4 非金屬元素?fù)诫s過渡金屬硫化物涂層 66

3.2.5 化合物摻雜過渡金屬硫族化合物 70

3.3 MoS2基復(fù)合涂層 73

3.3.1 多層納米結(jié)構(gòu)涂層 73

3.3.2 具有自組裝結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合涂層 75

3.4 研究展望 76

參考文獻 77

第4章 碳基材料潤滑涂層 80

4.1 類金剛石碳涂層 80

4.1.1 DLC涂層的結(jié)構(gòu) 80

4.1.2 氫對類金剛石碳涂層潤滑機制的影響 82

4.1.3 環(huán)境氣氛對類金剛石碳涂層的影響 86

4.1.4 DLC涂層在超高真空中的摩擦學(xué)行為 89

4.1.5 DLC涂層在干燥惰性氣氛中的摩擦學(xué)行為 91

4.1.6 DLC涂層在H2氣氛中的摩擦學(xué)行為 93

4.1.7 DLC涂層在高溫條件下的摩擦學(xué)行為 94

4.1.8 DLC涂層在極熱原子氧暴露條件下的摩擦學(xué)行為 95

4.2 DLC改性與復(fù)合涂層 96

4.2.1 元素?fù)诫sDLC涂層 96

4.2.2 梯度功能DLC涂層 98

4.2.3 納米晶碳化物/非晶DLC韌性涂層 99

4.2.4 MoS2/a-C:H復(fù)合涂層 100

4.2.5 納米復(fù)合涂層（DLN） 100

4.2.6 DLC涂層的應(yīng)用 101

4.3 其他碳基潤滑涂層 104

4.3.1 納米金剛石涂層 104

4.3.2 類石墨碳涂層 106

4.3.3 碳化物衍生碳（CDC） 106

4.3.4 石墨烯 108

4.4 研究展望 111

參考文獻 112

第5章 自潤滑復(fù)合滲鍍層 116

5.1 含石墨或氟化石墨復(fù)合鍍層 117

5.2 碳納米管復(fù)合鍍層 119

5.3 鎳基含MoS2復(fù)合鍍層 121

5.4 鎳基含BN復(fù)合鍍層 127

5.4.1 復(fù)合鍍層的結(jié)構(gòu) 127

5.5 等離子滲Mo層 131

5.6 表面滲鉻 132

5.6.1 滲Cr層的形貌組成 132

5.6.2 滲Cr層的高溫摩擦學(xué)性能 133

5.7 等離子MoN共滲層 134

5.7.1 合金表面滲層的力學(xué)性能 135

5.7.2 復(fù)合滲層的摩擦性能 136

參考文獻 137

第6章 氟化物與軟金屬潤滑涂層 139

6.1 PS系列潤滑涂層的設(shè)計與制備 139

6.1.1 PS系列潤滑涂層的材料選擇 139

6.1.2 PS系列潤滑涂層的設(shè)計原則 141

6.1.3 PS系列潤滑涂層成分設(shè)計 142

6.1.4 涂層制備工藝 144

6.2 PS系列潤滑涂層的組分與性能 145

6.2.1 PS101潤滑涂層 145

6.2.2 PS200系列潤滑涂層 146

6.2.3 PS300系列潤滑涂層 150

6.2.4 PS400系列潤滑涂層 156

6.3 PS涂層與其他涂層的復(fù)合 161

6.3.1 PS200與銀膜復(fù)合 161

6.3.2 Cr2O3密封PS212 161

6.3.3 PS212與酯類油復(fù)合潤滑 162

6.3.4 PS304與聚酰亞胺復(fù)合 162

6.3.5 PS400（PS304）與MoS2復(fù)合涂層 163

6.3.6 頂層箔片表面潤滑涂層與軸涂層PS304協(xié)同作用 163

6.4 環(huán)境對潤滑涂層性能的影響 166

6.4.1 氣氛的影響 166

6.4.2 滑動速度的影響 167

6.4.3 溫度的影響 167

6.4.4 配副材料的影響 168

6.4.5 表面粗糙度對氣體箔片軸承承載能力的影響 169

6.5 含氟化物與軟金屬的固體潤滑涂層應(yīng)用 170

6.5.1 氣體箔片軸承 170

6.5.2 發(fā)動機汽缸套 171

6.5.3 高速軸封 172

6.5.4 燃氣渦輪發(fā)動機控制閥頂桿 173

6.6 研究展望 173

參考文獻 174

第7章 環(huán)境適應(yīng)性固體潤滑涂層 176

7.1 環(huán)境適應(yīng)性潤滑涂層的設(shè)計 176

7.1.1 環(huán)境適應(yīng)性潤滑復(fù)合涂層設(shè)計與材料選擇 176

7.1.2 含多種潤滑劑的納米復(fù)合涂層 177

7.2 第一代環(huán)境適應(yīng)性潤滑涂層 178

7.2.1 MoS2-PbO潤滑薄膜 178

7.2.2 ZnO-WS2薄膜 178

7.3 第二代環(huán)境適應(yīng)性潤滑涂層 179

7.3.1 自適應(yīng)YSZ/Au/DLC/MoS2納米復(fù)合涂層 179

7.3.2 空間和大氣環(huán)境的Al2O3/DLC/Au/MoS2變色龍涂層 181

7.3.3 空間自適應(yīng)WC/DLC/WS2納米復(fù)合涂層 183

7.3.4 MoS2-Sb2O3-C自適應(yīng)納米復(fù)合涂層 186

7.4 第三代環(huán)境適應(yīng)性潤滑涂層 187

7.4.1 YSZ/Au納米復(fù)合涂層 188

7.4.2 YSZ-Ag-Mo納米復(fù)合涂層 188

7.4.3 具有TiN擴散阻礙層的適應(yīng)性納米復(fù)合涂層 191

7.4.4 含MoS2納米相的YSZ-Ag-Mo納米復(fù)合涂層 195

7.4.5 復(fù)層結(jié)構(gòu)（YSZ-Ag-Mo）-TiN-（YSZ-Ag-Mo））自適應(yīng)納米復(fù)合涂層 196

7.4.6 多層結(jié)構(gòu)納米復(fù)合涂層 198

7.4.7 氮化物基自適應(yīng)涂層 202

7.5 研究展望 203

參考文獻 204

第8章 表面織構(gòu)與固體潤滑復(fù)合涂層 207

8.1 表面織構(gòu)化技術(shù) 207

8.1.1 激光表面織構(gòu)化概述 207

8.1.2 激光與材料表面的相互作用 208

8.1.3 激光織構(gòu)化形貌 211

8.1.4 表面織構(gòu)化方法 212

8.2 涂層表面織構(gòu)化 214

8.2.1 TiCN涂層 215

8.2.2 TiAlCN涂層 215

8.2.3 Ti-TiC-TiC/DLC涂層 215

8.2.4 類金剛石（DLC）膜 216

8.2.5 鍍鉻涂層 217

8.2.6 VN涂層 218

8.3 織構(gòu)化表面涂層 219

8.3.1 織構(gòu)化表面涂覆潤滑劑 219

8.3.2 織構(gòu)化表面濺射沉積膜 226

8.3.3 織構(gòu)化表面鍍層 230

8.3.4 織構(gòu)化表面滲層 232

8.3.5 織構(gòu)化表面DLC膜 236

8.4 納米織構(gòu)化表面潤滑涂層 237

8.5 研究展望 239

參考文獻 239

第9章 固體潤滑涂層性能評價方法 242

9.1 固體潤滑涂層的基本性能測試 242

9.1.1 涂層厚度的測量 242

9.1.2 膜-基體復(fù)合材料硬度測試 243

9.1.3 熱膨脹性能測試 243

9.1.4 涂層結(jié)合性能測試 244

9.1.5 熱導(dǎo)率測試 245

9.2 評價涂層摩擦學(xué)性能的典型試驗裝置 247

9.2.1 高溫往復(fù)球盤摩擦試驗機 247

9.2.2 往復(fù)式高溫摩擦磨損試驗機 247

9.2.3 高溫銷-盤旋轉(zhuǎn)摩擦試驗機 249

9.2.4 真空（UHV）球-盤式摩擦試驗機 249

9.2.5 氣氛可控的球盤滑動摩擦試驗機 250

9.2.6 濕度可控的球-盤式摩擦試驗機 251

9.2.7 Falex銷-盤式摩擦試驗機 251

9.2.8 超低摩擦涂層的測量 252

9.3 模擬實際工況摩擦測試裝置 252

9.3.1 空氣箔片軸承試驗機 252

9.3.2 襯墊-盤結(jié)構(gòu)的MiTi高速高溫摩擦試驗機 254

9.3.3 軸承力矩測試系統(tǒng) 255

9.3.4 模擬空間原子氧環(huán)境摩擦學(xué)測試裝置 256

9.4 涂層摩擦磨損原位測試裝置 257

9.4.1 帶有掃描白光干涉儀的往復(fù)銷-盤摩擦試驗機 258

9.4.2 摩擦分光計 259

9.4.3 原位拉曼摩擦試驗裝置 259

9.4.4 環(huán)境AFM 260

9.5 涂層以及磨損表面微觀結(jié)構(gòu)表征 260

9.5.1 電子探針微觀分析 261

9.5.2 三維光學(xué)輪廓儀 261

9.5.3 掃描電子顯微鏡（SEM） 262

9.5.4 透射電子顯微鏡（TEM） 262

9.5.5 X射線衍射（XRD） 263

9.5.6 X射線光電子能譜（XPS） 263

9.6 研究展望 263

參考文獻 264