基于氮化物织构阵列的环境自适应润滑涂层研究

传统的单一固体润滑涂层难以满足空间机械在极端环境下的服役要求，研究环境自适应复合润滑涂层对于提高空间机械关键部件运行可靠性具有重要意义。本项目以Mo/N复合渗层中析出的规则排列柱状硬质相为骨架刻蚀制备氮化物织构阵列，在织构阵列中沉积MoS2/Ag/CeO2复合润滑剂，使摩擦表面硬质耐磨相与含有多种润滑剂的软质润滑相交替共存，获得具有良好减摩耐磨功能的环境自适应润滑涂层。研究渗层中柱状硬质相的形成动力学规律、控制方法以及织构阵列的形成机理与工艺，研究织构阵列对固体润滑剂存储和释放的影响规律，评价润滑材料在模拟空间环境（高低温、大气真空交替）下的摩擦学行为，探讨摩擦环境与材料摩擦学行为相互作用机理。阐述摩擦接触表面摩擦化学反应及润滑膜的形成和演化规律以及自适应润滑激发机制，从而获得一种性能优异的自适应润滑材料及织构制备新方法，为具有实用价值的空间润滑材料研究提供理论依据和技术支撑。

尖端工业装备中的转动部件如轴承、密封等，经常处于极端工况（高低温交变环境、真空/大气）下工作，其摩擦学特性直接影响到装备的运行稳定性与安全可靠性。本研究采用表面织构作为提高固体润滑膜层使用寿命的有效方法，开发了织构化与软金属膜、MoS2润滑膜以及氧化物润滑涂层的复合，以改善其苛刻工况条件下的摩擦学性能。采用脉冲激光对镍镀层进行织构化处理，获得孔径为100μm且分布均匀的微孔，然后在其表面沉积Ag和Ag/MoS2复合镀层，测试了室温-700℃宽温度范围以及变化温度条件下的摩擦学性能，研究了织构对改善润滑涂层摩擦学行为以及寿命的影响，优化了织构化参数。织构化表面Ag/MoS2涂层在室温-700℃宽温域范围内的摩擦系数低于0.3，并在高温获得了长的摩擦寿命（500m以上），其在高低温交变环境条件下仍然保持低摩擦系数。Ag/MoS2复合涂层在宽温度环境下的润滑行为通过Ag的塑性流变实现，为以Ag为润滑剂的自适应固体润滑材料研究提供了理论依据。织构化表面沉积MoS2润滑薄膜，获得了低摩擦系数和长润滑寿命。采用熔融盐电沉积和双辉离子渗金属技术制备了钽涂层，其室温和700℃高温耐磨性能优于铬镀层，为更高温度使用的耐磨材料研究提供了技术支持。在Surface and Coating Technology, Tribology International等刊物发表SCI论文11篇，申请国家发明专利2项，获授权发明专利1项，出版专著1部，培养研究生2名，参加国际学术会议1次和国内学术会议2次并做报告，完成了项目任务书中的指标。