硬质过渡层对表面固体润滑膜层摩擦性能的影响 (2)
1．2 固体润滑膜层摩擦学性能的研究现状
1.2.1固体润滑膜概述
固体润滑涂层包括基体材料、润滑材料以及耐磨材料，固体润滑涂层的性能除了与润滑材料种类有关外，粘结剂的性能对涂层的主要使用性能有重要的影响，如耐磨寿命、承载能力、耐油性、耐高温性、耐辐射性等等。自从固体润滑涂层技术在上个世纪中期投入实际使用以来，随着化学工业的不断发展和进步，固体润滑涂层“骨架”——粘结剂的品种大大增加，性能也大幅度提高，以及对各种添加剂协同作用的研究，促进了固体润滑涂层性能指标的提升[1]。
润滑油脂在真空条件下会急剧蒸发干燥而失效，所以不宜作为真空机械的润滑材料，而固体润滑涂层则不存在此类问题，因而固体润滑涂层在空间技术方面得到了广泛应用，尤其是在真空防冷焊方面，发挥了其他润滑材料无法代替的作用。固体润滑涂层使用温度范围宽，从极低-200℃到1000℃的高温[2]都有可适用的产品，而普通的润滑油的使用温度的范围相对较小大致是-70℃到380℃，固体润滑涂层在使用温度范围内无相的变化，摩擦系数也比较稳定。固体润滑涂层在高低温条件下的应用已经非常普遍，如各类发动机的高温滑动部件、气缸、活塞环、飞机上的其他高温滑动件、远程炮的炮膛、金属热加工模具炼钢机械、热电机械，固体润滑膜在高低温条件下的成功运用解决了一系列高低温机械特殊润滑难题，为高低温机械的技术进步奠定了材料基础，显示了重大的社会经济效益。固体润滑涂层除了具有优异的摩擦学性能外，还具有防腐，防污、防震和降噪作用，是适用于腐蚀环境和解决环境污染问题的理想润滑材料，事实上某些固体润滑涂层的防腐性能甚至与某些防腐涂料相当，已经在海洋机械设备、化工设备、水中机械和野外作业设备等方面的到了广泛的应用。
1.2.2固体润滑膜制备技术
1．3摩擦表面织构化
1.3.1 表面织构化的研究现状
传统摩擦学理论认为: 相互接触的表面越光滑磨损量越小。近年来大量研究表明: 表面并非越光滑就越耐磨，具有一定非光滑形态的表面反而具有更好的抗磨性［14－20］。表面织构，即在表面加工制备出具有一定尺寸和排列的图案阵列。织构化包括图案化微结构和仿生功能表面是高性能润滑表面研究的重要内容。织构化可以改变表面形貌，进而影响到摩擦副表面的接触状态和润滑状态。因此设计合适的表面几何造型可显著改善摩擦副表面的摩擦磨损性能，延长其使用寿命，对提高摩擦副表面性能和润滑效果具有较大的工程价值，对节约能源、保护环境有着重要的意义。多种材料表面已实现织构化，如发动机的汽缸/活塞、滑动轴承、密封环，高尔夫球表面、磁存储介质和M/NEMS的表面等。通过人为控制在表面制备一定的微织构可显著改善其摩擦磨损性能。表面织构在不同条件下分别起到充当微小流体动压润滑轴承、增强动压效应而提高承载能力、润滑剂储存器提供持续润滑及捕获磨损粒子而减小犁沟等作用［21－23］。图1.2是三种常见的织构图案，分别是柱状、凹坑状和沟槽状。
刘一静等［24］利用微细电解加工技术,在真实的活塞裙部表面制作了几种直径和深度不同的微米级表面织构，模拟发动机的运动状态考察了表面织构对发动机活塞/缸套之间的摩擦特性的影响。结果表明:表面织构表现出很好的减摩效果，也起到了较为明显的减磨作用。Wakuda 等［25］在Si3N4表面制备了具有不同直径、密度和形状的坑状织构，考察了坑状织构对 Si3N4表面与钢对摩时摩擦性能的影响。发现织构化后表面摩擦系数从0.12 降到0.10。Si3N4表面的摩擦学性能受坑状织构的尺寸和密度影响，而坑状织构的形状,无论是圆形或有角的对摩擦系数没有明显影响。Andersson 等［26］采用激光烧蚀抛光技术在钢表面制备并考察了织构对表面润滑行为的影响。研究发现:织构的存在极大地减小了表面摩擦，降低了磨损。其中低密度、深坑和直径小的坑状织构与高黏度润滑油搭配时对摩擦性能的提升幅度最大。胡天昌等［27］采用声光调的固体Nd:YAG激光器在45#钢表面进行了织构化处理，并采用栓－盘摩擦试验机评价了织构对其摩擦性能的影响。研究表明:经过激光处理的45#钢表面形成了较为规整的微坑型织构，在相同试验条件下与未织构化表面对比，其摩擦系数均有不同程度的减小且更为稳定，磨损率也得到一定程度的降低，这是由于制备的表面微坑起到了捕获磨屑的作用从而减小了磨粒磨损。对不同织构密度及织构尺寸样品摩擦性能的考察结果表明较大的织构密度及孔径更有利于提高表面减摩抗磨性能。
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