超级组装宽温域自适应固体润滑涂层

我国正致力于开发新一代大型飞机和高速战斗机，但核心部件如先进的发动机等仍依赖进口。这既阻碍了经济发展，也给国家安全带来巨大隐患，急需我们推进相关部件的自主研发，发动机用高性能固体润滑涂层的开发就迫在眉睫。目前在室温～1000℃范围内可应对温度循环变化的固体润滑涂层研发仍面临巨大挑战，为此申请者提出"超级组装"这一新思路，把适用于各种温度的固体润滑剂及与之匹配的硬质涂层复合为单元格，将这些单元格进行三维超级组装，在不同的温度区间释放不同的单元格材料，以实现涂层的宽温域自适应变化。同时引入分子动力学计算，对单元格分割材料、单元格形态等进行设计优化。这不仅对推动我国飞机发动机的自主研发有重大现实意义，也将促进材料学、化学及理论数值模拟的相互交叉渗透，丰富相关研究领域的基础理论，具有重大学术价值。

本项目首先对宽温域自适应润滑涂层的精密构造工艺进行了系统研究，着重研究了以不同模版（丝网模板、光刻模板以及冲孔网模板）对选择性刻蚀和选择性填充涂层的影响，结果表明，丝网模板可用于制备微构造涂层，但丝网的编织结构无法获得界面清晰的刻蚀和填充。光刻胶模板可良好覆盖基体表面，构造精度高，但后期沉积工艺导致光刻胶变性，难于去除，妨碍后期微构造工艺。冲孔网具有良好的平整度，适合涂层所有微构造工艺，最适合制备微构造复合涂层。实验也表明通过自制的样品夹持装置能明显提高微构造过程中微构造形貌尺寸的均匀性。通过研磨法和刻蚀填充法成功制备出TiN/a-C和CrN/Ag+TiC/a-C两种体系的棋盘式复合结构。其中刻蚀填充法更具有实用价值。针对微构造涂层横向（平行基体表面）分割工艺，首次实现了交替偏压沉积工艺。结果表明，仅通过周期性改变沉积偏压，可利用组织结构改变对涂层分割。随偏压周期减小，涂层硬度显著上升，致密度提高。.系统研究Ag含量、沉积温度和热处理工艺对高温润滑复合CrAgN涂层结构和性能的影响。研究结果表明，Ag的添加使CrN涂层改变涂层生长取向；适量银(7 at%)可提升涂层致密度和硬度；过高Ag含量(21 at%)可导致严重的Ag溢出现象，促进涂层高温下氧化和硬度下降；提高沉积温度可以抑制Ag溢出现象；抗粘着实验表明该润滑涂层在高温条件下具有良好的润滑效果。. 对微构造涂层开展了摩擦学研究，发现经过微构造处理（表面具有周期性沟槽）的涂层比未微构化涂层具有更低的摩擦系数。对棋盘式(CrN/Ag)+（TiC/a-C）复合涂层进行了高低温摩擦学试验，初步结果表明，微构造复合涂层在宽温度范围内具有自适应润滑行为。.上述研究已获得专利申请3项，其中2项已获公开，已录用论文一篇。.