【摘 要】
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航空航天领域的迅猛发展,对高温、高速、重载等苛刻工况下的作业提出了更多的要求,研制高性能、高效率和耐用的高温固体润滑材料特别是设计和生产在宽温域范围内具有低摩擦系数和高耐磨性的材料迫在眉睫。温度自适应润滑涂层作为一种初步智能化的润滑材料,提供了良好的设计思想和可行的工艺方法。本论文利用多弧离子镀技术在N_2及C_2H_2气氛中沉积了一系列VN基涂层,并表征了涂层的化学成分与显微结构,利用纳米压痕仪
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航空航天领域的迅猛发展,对高温、高速、重载等苛刻工况下的作业提出了更多的要求,研制高性能、高效率和耐用的高温固体润滑材料特别是设计和生产在宽温域范围内具有低摩擦系数和高耐磨性的材料迫在眉睫。温度自适应润滑涂层作为一种初步智能化的润滑材料,提供了良好的设计思想和可行的工艺方法。本论文利用多弧离子镀技术在N2及C2H2气氛中沉积了一系列VN基涂层,并表征了涂层的化学成分与显微结构,利用纳米压痕仪测试涂层的硬度。此外还利用多功能摩擦磨损试验机评价了涂层宽温域摩擦磨损性能。基于高温氧化的工况背景,提出了VAlCN/VN-Ag结构设计自润滑复合涂层的新途径,制定了沉积VAlCN涂层的具体工艺方案。通过改变C2H2气体的流量,调控涂层中功能元素碳的含量,研究了不同碳含量对VAlCN涂层的显微结构,力学性能及摩擦磨损性能的影响。不同温度退火后的VAlCN涂层显示较大差异的组织结构和性能,550℃退火后的摩擦系数最小,此温度下原位生成V2O5氧化润滑相,具有优异的减摩及耐磨性能。通过多元素掺杂,引入了中低温具有较好润滑效果的银元素及利于改善力学性能的铝元素,制备了四种VN基复合涂层,对比研究了C、Ag、Al等元素掺杂对复合涂层的性能影响。结果表明Al元素可以提高涂层的硬度、弹性模量和耐磨性,引入Ag元素降低了涂层的硬度和承载能力,sp2杂化碳有利于减小涂层的摩擦系数。利用热动力学驱动诱导的Ag扩散以及高温氧化产物AgVO3和Ag3VO4的协同润滑降低了摩擦系数,实现了高温摩擦化学诱导的低摩擦反应膜的形成。设计并制备了VAlCN/VN-Ag多层涂层,评价了多层涂层的力学及摩擦学性能,探究了多层及复合VAlCN-Ag涂层在不同温度条件下磨损表面的化学作用,发现多层VAlCN/VN-Ag涂层具有比复合VAlCN-Ag涂层更优异的力学性能,分析了多层界面的银缓释作用与氧阻隔机制,揭示了多层及复合涂层不同温度下的减摩抗磨机制。
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