钼酸银/银复合相对空气轴承自润滑涂层性能的影响

目前，空气轴承已在高速旋转机械中广泛应用，而国内对于空气轴承的研究才刚刚起步。空气轴承的关键技术之一是：轴颈与箔片在室温～650℃的润滑问题。美国NASA在PS300的基础上研制出PS304涂层。该涂层采用等离子喷涂制备，涂层以NiCr为基体，包含润滑相Ag、共晶BaF2/CaF2以及强化相Cr203。当温度高于400℃时，BaF2/CaF2可提供良好的润滑性能，当温度低于400℃时，Ag可提供一定的润滑性能。然而涂层存在以下不足：1.室温～400℃时Ag的润滑性能较低；2.由于涂层中Ag粒子尺寸较大使得涂层润滑不均匀，导致涂层过早脱落；因此本项目拟将细小的Ag2MoO4/Ag复合相取代纯Ag，解决涂层在室温～400℃时润滑性能较低以及因Ag相尺寸粗大所引起的不均匀润滑问题。而且本项目将深入研究润滑相尺寸对润滑膜形成的影响机理，研究结果对发展自润滑涂层具有重要的科学意义和工程应用前景。

本项目采用高能球磨制备细小的Ag2MoO4/Ag复合粉末，并将该复合粉末替代Ag粒子作为低温润滑相。由于Ag2MoO4在100-500℃范围内均有较好的润滑性能（摩擦系数为0.2-0.4）以及良好的抗磨损能力，因此在高温时，具有较大热膨胀系数的Ag粒子带着Ag2MoO4粒子从基体中溢出到涂层表面。在外力的作用下发生，复合Ag2MoO4/Ag粒子发生塑性变形从而在涂层表面形成Ag2MoO4/Ag润滑膜。本项目的研究内容、重要结果主要包括：（1）对感应烧结制备耐高温自润滑涂层及其性能进行了研究。研究表明：室温时 IS304 摩擦系数较大，磨损机制主要为微观脆性断裂；随着温度的升高，由于润滑相尺寸减小、且氟化物粒子与 Cr2O3 粒子形成复合结构，使得摩擦副在高速滑动过程中接触点的瞬态温度迅速升高，此瞬态温度有效地激活了氟化物粒子的润滑性能，在摩擦力和压力的作用下，氟化物粒子经塑性变形后形成表面润滑膜，使得接触面的摩擦系数急剧减小。（2）对镍基滋润涂层的制备及其拉伸性能进行了研究，研究表明：采用高能球磨与真空烧结技术制备的 PM304 涂层组织均匀、致密、粒子明显细化。PM304 的拉伸结合强度较高，涂层与基底之间结合良好、结合方式为冶金结合，拉伸断口主要出现在涂层内部。PM304 涂层拉伸强度增大的原因主要为： ①致密度提高；②尖锐孔隙数量降低； ③Ag 与 NiCr 之间形成冶金结合；④NiCr 基体中析出粒子的弥散强化作用使得 NiCr 基体强度提高。（3）对Ag-Ag2MoO4-NiCr复合涂层的制备及其性能进行了研究，研究表明：在室温和循环温度下，当Ag-Ag2MoO4含量不变时，随着球磨时间的增加，摩擦系数和磨损率都出现不同程度地降低；当球磨时间相同时，摩擦系数随着Ag-Ag2MoO4含量的增加而逐渐降低，而磨损率却逐渐增大；随着Ag-Ag2MoO4含量的增加，复合涂层的磨损表面形貌也逐渐改善。（4）对软磁复合材料制备工艺进行了研究，研究表明：采用SMCs不仅降低了轴承涡流损耗，而且电磁力的动态带宽可以达到1KHz以上，远超出碳钢材料的带宽，从而有效提高了轴承性能。本项目解决涂层在室温～400℃时润滑性能较低以及因Ag相尺寸粗大所引起的不均匀润滑问题。而且本项目深入研究润滑相尺寸对润滑膜形成的影响机理，研究结果对发展自润滑涂层具有重要的科学意义和工程应用前景。