固体润滑国家重点实验室（LSL）知识库

宽温域自润滑涂层的制备和应用是一项最具竞争力的摩擦学表面工程技术，也是解决航空发动机等高新技术装备在高温环境中润滑与耐磨问题的一个有效途径。通过开展宽温域自润滑涂层的设计、制备及结构-性能关系的研究，发展室温到高温具有良好摩擦学性能的宽温域自润滑涂层具有重要的工程意义。 本论文利用大气等离子喷涂技术(APS)和超音速火焰喷涂技术(HVOF)制备了具有良好润滑耐磨性能的NiCr基、NiCrAlY基和NiMoAl基系列宽温域自润滑涂层，系统考察了涂层的物相组成、组织结构以及摩擦条件等因素对其宽温域摩擦学性能和磨损机理的影响，对材料组成、制备工艺、组织结构与性能之间的关系进行了研究和分析。研究工作取得了一些有创新和应用价值的结果，拓展了宽温域自润滑材料的体系，为其工程化应用提供了技术和理论支持。论文所获得的主要研究结果如下：

1. 利用APS技术制备了NiCr-Ag、NiCr-Cr₂O₃-Nd₂O₃和NiCr-Cr₂O₃-Ag-CaF₂/BaF₂(PS304)三种NiCr基自润滑涂层，研究了上述涂层的微观组织、相结构及摩擦学性能。结果表明：NiCr-Ag涂层在氩气中具有优异的减摩抗磨性能，而在氧气中则不具备自润滑能力；Nd₂O₃可显著改善NiCr-Cr₂O₃涂层的显微组织以及Cr₂O₃与 NiCr合金之间的界面结合强度，并有助于增强相Cr₂O₃在涂层中的均匀分布，从而提高了涂层硬度、致密性以及耐磨性。所制备的PS304自润滑涂层具有层状结构，微观组织致密、组份分布均匀且与基底的结合较好；涂层经热处理后，其结合强度显著提高；PS304涂层与 Cu-4Al镀层构成的摩擦副，在20 ℃到 650 ℃的温度范围内，表现出优异的自润滑耐磨性能。

2. 以NiCrAlY合金替代NiCr合金作为自润滑涂层的粘结相，制备了NiCrAlY-Cr₂O₃-Ag-CaF₂/BaF₂涂层，系统研究了该涂层从室温到1000 ℃的摩擦学性能。研究结果表明：涂层在室温到1000 ℃的范围内，其摩擦系数保持在0.4以下，磨损率保持在10^-5 mm³/N•m数量级。此外，采用单质Mo替代Cr₂O₃和CaF₂/BaF₂共晶，成功制备了结构和工艺更为简化的NiCrAlY-Ag-Mo涂层，该涂层在20 ℃到800 ℃范围内，其摩擦系数保持在0.32左右，磨损率保持在10^-5 mm³/N•m数量级。上述两种涂层均表现出了较优异的宽温域自润滑耐磨损性能。

3. 利用HVOF技术制备了组织结构致密，结合强度更高的NiMoAl、NiMoAl-Ag和 NiMoAl-Cr₃C₂-Ag三种涂层，并系统研究了上述涂层的显微组织、相结构和宽温域摩擦学性能。研究表明：尽管NiMoAl涂层在室温下的润滑性能较差，但其具有优异的高温润滑性能，是一种优异的高温自润滑基础涂层材料；Ag的加入可显著改善NiMoAl涂层的室温摩擦学性能，所制备的NiMoAl-Ag涂层在 20～800 ℃的区间内均表现出优异的自润滑性能；硬质金属陶瓷Cr₃C₂-NiCr的合理添加不仅保证了涂层具有优异的宽温域自润滑性能，而且可以进一步改善涂层的耐磨性，所制备的NiMoAl-Cr₃C₂-Ag涂层在室温至1000 ℃范围内的摩擦系数均小于0.3，其耐磨损性能要显著优于其它涂层。