摘要
摩擦磨损不仅降低了能量的传输效率，还影响着关键零部件的使用寿命。目前常见的润滑方式是添加液体润滑剂，但液体润滑剂在高温条件下会迅速降解失效，因此固体润滑是改善高温摩擦学性能的有效手段。在航空航天领域，部件往往经受由低温到高温的使用过程，宽温域固体自润滑涂层的研究有重要意义。但目前对于宽温域自润滑涂层的研究工作较少。 本文采用化学复合镀技术，通过改变镀液中钼酸钠浓度，在GH4169高温合金表面制备了不同Mo含量的Ni-Mo-P镀层；通过改变镀液中CeO2的浓度，制备了不同CeO2含量Ni-Mo-P/CeO2复合镀层，并对其进行400℃热处理。通过能谱分析仪（EDS）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、显微硬度计和纳米压痕仪对镀层的成分、结构和性能进行分析。采用高温摩擦磨损试验机对复合镀层在不同温度下的摩擦磨损性能进行研究，考察复合镀层宽温域摩擦学性能。 研究了镀液中钼酸钠浓度对Ni-Mo-P镀层性能的影响。结果表明：Ni-Mo-P镀层表面为均匀致密的球状结构，当钼酸钠浓度为0.6g/L时，镀层Mo含量最高，为5.72wt.%。镀层的硬度与Mo、P含量有关，Mo含量越高，P含量越低，镀层硬度越高，当钼酸钠浓度为0.6g/L时镀层硬度最高，为645HV。不同温度下的摩擦磨损试验表明，随着Mo含量的增加镀层的耐磨性能提高，当钼酸钠浓度为0.6g/L时镀层在宽温域内具有最好的摩擦磨损性能，在25℃、300℃、500℃和700℃的摩擦系数和磨损率分别为0.77、0.74、0.52、0.48和3.29×10-5mm3/N·m、8.93×10-5mm3/N·m、5.51×10-5mm3/N·m、4.62×10-5mm3/N·m。 通过改变镀液中CeO2的浓度制备不同CeO2含量Ni-Mo-P/CeO2复合镀层，并对其进行400℃热处理，研究CeO2含量和热处理对Ni-Mo-P/CeO2复合镀层结构及性能的影响。结果表明：复合镀层表面的球状结构分布密集，CeO2加入后复合镀层晶化程度提高，晶粒尺寸增加，镀层硬度降低至477-590HV之间，但韧性提高。热处理后复合镀层球状结构变小，结晶度和晶粒尺寸进一步变大，并产生纳米级Ni3P相。Ni3P相的产生使热处理后的复合镀层硬度提升至778-1148HV之间，韧性提高。CeO2添加量为10g/L和15g/L时镀层在室温下具有最佳的耐磨性能，热处理前磨损率分别为1.84×10-5mm3/N·m、1.91×10-5mm3/N·m，热处理后磨损率分别为1.19×10-5mm3/N·m、1.04×10-5mm3/N·m。 对Ni-Mo-P/CeO2复合镀层的高温摩擦学性能进行研究。结果表明：随着试验温度提高，镀层内形成了具有润滑作用的NiO等氧化物相，摩擦系数呈下降趋势。适量的CeO2加入使复合镀层的氧化程度下降，镀层韧性提高，有利于提高复合镀层的耐磨性能。CeO2浓度为10g/L的Ni-Mo-P/CeO2复合镀层在宽温域范围具有良好的耐磨性能，在25℃、300℃、500℃、700℃下摩擦系数和磨损率分别为0.73、0.82、0.66、0.54和1.84×10-5mm3/N·m、5.54×10-5mm3/N·m、5.3×10-5mm3/N·m、9.98×10-5mm3/N·m。经过400℃热处理的复合镀层在300℃以下具有良好的摩擦学性能。随着摩擦磨损试验温度进一步增加，热处理后的复合镀层由于硬质相Ni3P消失，晶粒长大，导致镀层硬度降低，耐磨性能下降。
NETL