| YSZ 陶瓷基复合涂层的制备及宽温域摩擦学性能研究 | |
| 杨晶晶 | |
| Thesis Advisor | 易戈文 ; 贾均红 |
| 2020-11-26 | |
| Degree Grantor | 中国科学院大学 |
| Place of Conferral | 北京 |
| Degree Name | 理学硕士 |
| Degree Discipline | 物理化学 |
| Keyword | 大气等离子喷涂 原位合成 Ag/Ag2MoO4 纳米复合润滑剂 YSZ-Ag/Ag2MoO4 复合涂层 宽温域摩擦学性能 Atmosphere plasma spraying In-situ synthesis Nano-Ag/Ag2MoO4 composite lubricants YSZ-Ag/Ag2MoO4 hybrid coatings Wide-temperature tribological properties |
| Abstract | 航天、航空和能源机械等高新技术领域中出现日益苛刻的高温服役环境导致 机械部件面临润滑失效和过度磨损的问题是影响整个装置系统服役寿命和可靠 性的关键。如何提高机械部件表面防护涂层的高温润滑、抗磨与抗氧化性能成为 摩擦学和材料学领域的研究热点之一。在高温合金表面喷涂氧化钇稳定氧化锆 (YSZ)陶瓷涂层可提高其耐高温性、抗氧化性和抗磨性，但陶瓷材料的脆性和 较差的自润滑性，使涂层在宽温域内出现高的摩擦磨损和严重损伤对偶等问题， 最终缩短了高温机械部件的使用寿命。本论文采用大气等离子喷涂技术制备了 YSZ 涂层，并通过真空浸渍技术和水热法在 YSZ 涂层固有的孔隙和微裂纹中原 位合成 Ag/Ag2MoO4 纳米复合润滑剂，制备出 YSZ-Ag/Ag2MoO4 复合涂层，考察 涂层的物相组成、组织结构及其制备工艺对涂层摩擦磨损性能的影响，重点阐明 在宽温域下涂层自润滑与磨损的原因，探索具有宽温域自润滑抗磨功能的新型防 护涂层。主要研究内容和结果如下: 1. Ag/Ag2MoO4 复合粉末的水热法合成。研究和分析了不同前驱体溶液在不 同温度和时间下所得合成粉末的物相组成、微观形貌和产量，从而选出了最佳的 合成工艺参数。结果表明:含有吡啶和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的前驱体溶液在 180°C 下反应 24h 可以制备出以 Ag 为主要产物的 Ag/Ag2MoO4 复合粉末，而含 有吡啶和乙醇的前驱体溶液 FM 在 160°C 下反应 24h 可以制备出以 Ag2MoO4 为 主要产物的 Ag/Ag2MoO4 复合粉末。 2. YSZ-Ag/Ag2MoO4 复合涂层的制备和性能表征。利用大气等离子喷涂技术 制备了 YSZ 涂层，并通过真空浸渍和水热反应的方法，首次在 YSZ 涂层中原位 合成 Ag/Ag2MoO4 纳米复合润滑剂，并探索了 Ag/Ag2MoO4 纳米复合润滑剂对 YSZ 涂层在 RT 和 600°C 下的摩擦学性能的影响。结果表明:YSZ 涂层的孔洞 和微裂纹中，原位合成了直径约 78~111nm 的 Ag/Ag2MoO4 类球形纳米颗粒; Ag/Ag2MoO4 纳米复合润滑剂的引入可以有效改善原陶瓷涂层在 RT 和 600°C 下 的摩擦磨损性能，室温摩擦系数由 0.67 降至 0.42，磨损率由 1.07×10-3mm3N-1m-1 I YSZ 陶瓷基复合涂层的制备及宽温域摩擦学性能研究 降至 1.00×10-8mm3N-1m-1;600°C摩擦系数由 0.76 降至 0.15，磨损率极小。室温 下，涂层摩擦表面形成光滑而致密的摩擦层，阻隔了对偶球和涂层之间的直接接 触，使涂层避免遭受脆性断裂和磨粒磨损，有效降低了摩擦系数和磨损率;600°C 下，涂层在温度和摩擦力的驱动下，促进了 Ag/Ag2MoO4 向摩擦表面的迁移和富 集，有效抑制了 YSZ 涂层表面的脆性断裂。 3. YSZ-Ag/Ag2MoO4 复合涂层的调控和优化。通过改变喷涂功率调控 YSZ 涂层内部的微裂纹和孔隙。选择了最佳合成工艺，采用多次合成的方式以提高涂 层中润滑剂的含量，成功制备了 YSZ-Ag/Ag2MoO4 复合涂层，并研究了优化后 的 YSZ-Ag/Ag2MoO4 复合涂层在较高载荷和宽温域下(RT~800°C)的摩擦学性能， 深入研究和分析了该复合涂层在不同温度下的摩擦学性能及其润滑机理。结果表 明:在 YSZ 涂层中成功引入了厚度约 160m，粒径约 100nm~900nm 且分布均 匀的 Ag/Ag2MoO4 纳米复合润滑剂，可显著改善复合涂层在 RT、600°C 和 800°C 下的摩擦磨损行为，尤其在 RT 和 800°C 下，摩擦系数分别比原涂层下降了近 40%和 77%，磨损率分别分别降低了 99.54%和 91.77%。优化后的复合涂层在 800°C 下可以保持长时间低摩润滑(摩擦系数为0.16)，而且仍具有较低的磨 损率(1.62×10-6mm3∙N-1m-1)，展现出优异的高温减摩耐磨性。RT 下，复合涂 层摩擦表面中形成了一层以 ZrO2 为支撑相，Ag 为弥散相特殊结构的润滑层，具 有良好的容纳磨屑和修复受损表面的能力，有效抑制了 YSZ 涂层的脆性断裂和 磨粒磨损;800°C 下，摩擦表面中形成了一层以 Ag 为主相弥散于 ZrO2 摩擦表面 特殊结构的润滑层，并在 Ag、Ag2MoO4 及其分解产物 MoO3 的协同作用下，显 著缓解了 YSZ 涂层的黏着磨损和塑性变形，经过长时间摩擦后，由于高温和摩 擦力的驱动作用，该润滑层演变形成了奇特的―海岛‖结构(―岛‖—Ag 膜; ―海‖—ZrO2)，并在 Ag、MoO3 及少量 Ag2MoO4 的协同作用下，表现出了优异 的高温摩擦学性能。 |
| Language | 中文 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/27324 |
| Collection | 固体润滑国家重点实验室（LSL） |
| Affiliation | 1.中国科学院兰州化学物理研究所; 2.中国科学院大学 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 杨晶晶. YSZ 陶瓷基复合涂层的制备及宽温域摩擦学性能研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2020. |
| Files in This Item: | ||||||
| File Name/Size | DocType | Version | Access | License | ||
| 202001杨晶晶.pdf（6779KB） | 学位论文 | 开放获取 | CC BY-NC-SA | View Application Full Text | ||
Items in the repository are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Edit Comment