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活塞环是内燃机的核心部件之一,由于工作条件非常恶劣,工况复杂,使用中面临着严重的磨损问题。在活塞环的表面制备一层摩擦系数低、耐磨性能良好的MoS2自润滑涂层,可以有效改善缸套-活塞环摩擦副的摩擦磨损情况。现有方法制备的纯MoS2涂层存在制备过程复杂,结构疏松,结合力差,环境适应能力弱等不足。化学气相沉积(CVD)技术拥有工艺简单,制备涂层膜基结合力强,以及处理复杂形状工件能力较好等优点,广泛应用于耐磨,耐腐蚀,抗氧化涂层的制备。稀土元素钇(Y)可以增强涂层的致密性,细化晶粒,增强膜基结合强度,提高涂层的耐磨性能。因此本文利用CVD方法沉积了MoS2润滑涂层及改性的MoS2/Y复合润滑涂层,研究了沉积参数对涂层性能的影响,着重分析了MoS2/Y复合涂层在不同摩擦环境(大气环境、去离子水、润滑脂和润滑油)下的摩擦学行为,与不同加载载荷下的涂层摩擦磨损情况,分析影响涂层摩擦系数及使用寿命的因素,为MoS2复合涂层的制备和应用提供理论和实验支撑。 本研究主要内容包括:⑴在MoS2涂层的沉积过程中发现,不锈钢基体上直接生长MoS2时,会优先生成脆性较大的硫铁化合物层,不仅会阻碍MoS2的生成,还会劣化不锈钢的性能,在不锈钢基体表面预沉积一层T iN中间层可以解决这一问题。研究沉积参数对涂层性能的影响时发现,温度的控制对涂层的表面形貌,组成成分和摩擦学性能有着显著影响。实验结果表明,在820℃条件下沉积的MoS2涂层与其他温度沉积的涂层相比,表面结构均匀有序,反应彻底中间产物少,有较好的摩擦学性能。⑵将稀土元素Y添加到MoS2涂层中制备了改性的MoS2/Y复合润滑涂层,测试结果发现Y的添加可以使涂层的表面颗粒更加细小,消除涂层生长产生的柱状结晶,使涂层结构更加致密,结构的变化不仅提升了涂层的硬度和结合力,还有地效改善了MoS2润滑涂层在大气环境中的摩擦磨损性能,实验中沉积制备MoS2/Y复合涂层不仅摩擦系数低于纯MoS2涂层,而且耐磨时间是纯MoS2涂层的6倍。实验中还发现,MoS2/Y复合润滑涂层的摩擦学行为受到摩擦环境的影响较为显著,在水环境中摩擦时,复合涂层受到水的侵入,磨损加快;在润滑油条件下,由于润滑涂层和润滑油形成了复合润滑的效果,摩擦学性能优异。在多种载荷条件下摩擦时,摩擦过程的初期,摩擦面为弹塑性接触摩擦系数随载荷增加而减小,涂层在较长时间摩擦后会发生剥落,最终导致润滑失效,载荷增加会加速这一过程。