【摘 要】
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航空航天、国防军事工业、空间环境等领域对特殊工况下服役的高性能固体润滑涂层提出了更高要求。针对宽温域的减摩耐磨问题,本文选择钽(Ta)作为高温防护涂层材料,通过软金属Cu/Ag掺杂调控其相结构并改善润滑性,采用磁控溅射技术共沉积Ta-Cu、Ta-Ag涂层,调节Cu、Ag靶材溅射功率改变合金元素掺量,测试其力学性能和不同温度下的摩擦学性能。在Ta-Cu体系中,当Cu含量达到5.5 wt.%时,涂层发
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航空航天、国防军事工业、空间环境等领域对特殊工况下服役的高性能固体润滑涂层提出了更高要求。针对宽温域的减摩耐磨问题,本文选择钽(Ta)作为高温防护涂层材料,通过软金属Cu/Ag掺杂调控其相结构并改善润滑性,采用磁控溅射技术共沉积Ta-Cu、Ta-Ag涂层,调节Cu、Ag靶材溅射功率改变合金元素掺量,测试其力学性能和不同温度下的摩擦学性能。在Ta-Cu体系中,当Cu含量达到5.5 wt.%时,涂层发生由β-Ta向非晶Ta的转变,硬度因结构、成分变化而呈下降趋势,由23.5-24.0 GPa(β-Ta结构)下降至15.8-19.3 GPa(非晶Ta-Cu);非晶Ta-Cu涂层呈现硬脆特质,摩擦过程中裂纹扩展现象明显;非晶Ta-24.9wt.%Cu涂层400℃摩擦界面由于软金属Cu的析出,摩擦系数达到0.44,磨损率34.8×10-6mm~3/Nm,与低铜含量涂层(3.3 wt.%)相比,摩擦系数降低46%,磨损率降低68%。在Ta-Ag体系中,当Ag含量为10.7 wt.%时发生β-Ta(Ag)向α-Ta(Ag)相转变,硬度也由β-Ta(Ag)的22.9-24.0 GPa下降为α-Ta(Ag)的8.0-16.3 GPa;在α-Ta(Ag)涂层中,Ta-15.3 wt.%Ag涂层H/E达到最大值约为0.080;当Ag含量10.7-27.0 wt.%时,α-Ta(Ag)涂层600℃摩擦界面处观察到Ag析出与摩擦化学产物Ag Ta O3协同润滑作用,最低摩擦系数可达0.23,磨损率20.0×10-6 mm~3/Nm。由于α-Ta的韧性和Ag更高的析出速率,Ta-Ag展现出优于Ta-Cu涂层的低摩擦与耐磨损性。基于Ta-Ag体系的低摩擦特性,在Ta涂层织构化表面沉积Ag膜获得双层复合结构涂层,织构化微孔用于存储Ag润滑剂,通过改变织构密度改善涂层的摩擦性能;当织构密度为6%时获得低摩擦长寿命涂层,600℃时磨损率低至52.3×10-6 mm~3/Nm。
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