高温固体自润滑涂层的制备及可靠性的研究进展

高温固体自润滑涂层能够在高温环境为摩擦副界面提供高性能的固体润滑膜,解决了高温环境下传统润滑油脂失效的问题,确保摩擦副在高温环境中可靠工作,并降低了能量损耗,近年来成为摩擦学领域研究的热点问题之一,并得到了快速发展.但是,在30～400℃时,诸多高温固体自润滑剂的减摩性能弱,摩擦系数较高.因此,国内外该领域科学家期望获得在30～1000℃范围内摩擦学系数低、性能良好的高性能复合型固体自润滑涂层,其主要由基础相、润滑相和增强相组成,且它们的共同作用提供涂层在高温环境下的润滑能力.最近的研究显示,金属三元氧化物基高温自润滑涂层——主要以过渡族金属三元氧化物为基础相,由含有Magnéli同源相的二元和三元氧化物润滑材料发展而来的新型高温固体自润滑材料,逐渐成为解决高温域自润滑问题的首选材料.对此,围绕高温固体自润滑涂层的工程应用,发现其面临三个方面的挑战:(1)高性能复合固体自润滑涂层的体系设计;(2)适应复杂结构的可靠制备工艺;(3)服役期间的寿命可靠性评估.针对以上三个方面的问题,本文从高温自润滑涂层的设计体系、制备工艺发展、可靠性评估三个层面进行了综述,期望为高可靠性高温自润滑涂层的制备提供技术支持.首先是在设计体系方面,发现高温固体自润滑涂层不但要满足传统固体自润滑涂层包含基础相、润滑相和增强相及其共同作用提供自润滑的要求,还要满足高温环境的特殊要求.其次,科学家们期望获得制备高性能高温固体自润滑涂层的可靠工艺,但是均受到了工艺简便性与适应能力以及高温零部件结构表面复杂度等问题的限制,从而难以实现工程化.根据高温自润滑涂层的设计要求,在梳理介绍高温固体自润滑涂层的工艺中,发现高压高超音速喷涂技术在此领域具有一定的技术便捷性,可实现高温固体自润滑涂层的工程化.再次,分析梳理了高温自润滑涂层在服役周期内的寿命可靠性评估进展.研究发现,高温固体自润滑涂层的服役寿命逐渐从实验统计分析、应力与涂层结构之间的关联影响,向结合涂层微观界面与宏观性能的跨尺度结合的数值分析发展,这将为高可靠性高温固体自润滑涂层的制备和服役寿命评估信息化提供技术支持.