环境压强对电刷镀In/Ni固体润滑涂层摩擦学性能的影响

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室 作者:马国政

  为了探索软金属铟在真空环境中的润滑性能, 用电刷镀技术在45#钢表面制备了In/Ni复合固体润滑涂层, 并对比研究了该复合镀层在大气环境、低真空环境和高真空环境下的摩擦学性能和磨损机制。结果表明, In/Ni镀层具有良好的减摩和抗磨性能, 随着环境压强的降低, In/Ni镀层的摩擦学性能明显提高, 镀层的磨损机制主要为粘着磨损和疲劳磨损。分析认为, 不同环境压强下镀层摩擦学性能的差异, 主要与镀层的氧化和软化有关。

  电刷镀技术是现代表面工程的关键技术之一,具有设备简单、操作方便、工艺灵活、镀层种类多、沉积速度快、与基体结合强度高、节省材料和能源、应用范围广等诸多优点。应用电刷镀技术在零件表面制备减摩耐磨涂层或修复磨损的机械零件表面已有很长的历史并取得了巨大的经济效益 。稀散金属铟是现代高技术装备的重要基础材料之一, 大量用于生产铟锡氧化物(ITO)靶材, 低熔点合金焊料和半导体元器件等 。此外, 铟的可塑性和延展性极好, 剪切强度低, 其晶体结构具有一定程度的各向异性, 易于发生晶间滑移, 与其它金属摩擦时能附着上去并持续地在摩擦界面间发挥优异的抗磨和润滑作用, 所以铟及其合金常以涂层或衬层的形式应用于发动机齿轮、工业轴承和拉丝磨具等摩擦零件表面。

  从现有的有关软金属铟作为减摩润滑层的文献报道来看, 相关的理论研究和应用还都局限于地面大气环境, 例如, 内燃机车轴瓦、石油管道接头、机床导轨和发动机轴承等精密配合面的润滑。金属材料构成的摩擦活动部件在宇航真空环境中将面临更为苛刻的工况环境, 一方面因为真空环境中摩擦表面难以形成吸附膜和氧化膜, 洁净的金属表面容易发生粘着, 另一方面真空中无空气对流散热, 摩擦热无法及时排出, 摩擦界面的温度较高。本文考察了环境压强对电刷镀软金属铟固体润滑层摩擦学性能的影响, 以期为未来将软金属铟用于解决空间苛刻工况的润滑难题提供参照。

3、结论

  (1) 运用电刷镀技术在45# 钢基体表面制备的In/Ni复合镀层表面平整光滑, 组织均匀, 具有优良的减摩润滑性能和抗粘着磨损性能, 能够显著改善金属􀀁金属!接触表面的摩擦状况。

  (2) In/Ni复合镀层的在真空环境下的摩擦学性能明显优于大气环境下, 主要因为大气环境下软金属铟在摩擦热的作用下发生氧化带来的硬化效应使得其摩擦学性能衰退。此外, 在真空环境下摩擦界面的温度较高, 软金属铟的屈服极限和剪切强度下降, 粘着力和犁沟力减小而使摩擦系数降低, 而材料转移能力增强在摩擦界面了形成稳定的转移膜使磨损量大大减小。

  (3) 在大气环境下, 稳定磨损期材料的主要磨损机制为粘着磨损和疲劳磨损, 而真空环境下主要是粘着磨损。

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