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爆炸喷涂自润滑涂层的制备与摩擦学性能研究
摘要
本文研究了爆炸喷涂自润滑涂层的制备和摩擦学性能。在潜在用途广泛的机械零部件和工具表面上，这种涂层可以减少摩擦、磨损和润滑剂使用，提高使用效率和寿命。在实验中，通过爆炸喷涂制备了含有高比表面积的石墨和纳米晶钨的自润滑涂层，分别应用于钢、铜和铝表面。通过磨损测试和扫描电子显微镜观察，证明自润滑涂层具有优异的抗磨损和减摩能力，能够改善表面性能和延长使用寿命。
关键词：爆炸喷涂；自润滑涂层；石墨；纳米晶钨；摩擦学性能
引言
在传动装置和工具表面等机械零部件上，摩擦和磨损是普遍存在的问题，限制机器和工具的使用寿命和效率。通常采用润滑剂或添加剂来减少摩擦和磨损，但润滑剂使用量过多会对环境造成污染和浪费资源，而添加剂可能对材料产生负面影响。因此，寻找一种能够减少摩擦和磨损、同时不需要润滑剂和添加剂的方法非常重要。
自润滑涂层是一种能够在表面形成润滑层的材料，可以有效地减少摩擦和磨损，同时不需要额外的润滑剂和添加剂。石墨和纳米晶钨是常见的自润滑材料，因其具有高比表面积和低表面粘附能力而被广泛研究和应用。
爆炸喷涂技术是一种新型的涂覆技术，通过高能量密度的爆炸波将金属粒子喷射到基材表面形成涂层。这种技术具有快速、高效、成本低廉等特点，在汽车、航空航天、船舶等行业有着广泛的应用。
本文的目的是通过爆炸喷涂制备自润滑涂层，并研究其摩擦学性能，探索新型的润滑材料和涂覆技术在机械领域中的应用。
实验方法
制备自润滑涂层
在本实验中，选用石墨和纳米晶钨作为自润滑材料。石墨粉末和纳米晶钨粉末分别在乙醇中超声分散，制备成分散液。采用爆炸喷涂工艺将石墨和纳米晶钨分散液分别喷涂到钢、铜和铝的基材表面，制备自润滑涂层。制备参数如下：药品为2.0克，直径为13mm的芯片作为底材，工艺气压为16MPa，末速度为800m/s，保护气氛为氮气，涂层厚度约为100μm。
磨损测试
采用球盘式摩擦试验机对自润滑涂层进行磨损测试。试验条件如下：球盘负载为5N，滑动速度为0.5m/s，滑动距离为1000m，环境温度为25℃。使用聚四氟乙烯球作为对照组，用扫描电子显微镜观察涂层表面磨损痕迹。
结果与讨论
涂层表面形貌
经过爆炸喷涂制备的自润滑涂层表面较粗糙，形成了不规则的微观结构，如图1所示。
图1：自润滑涂层表面形貌
磨损测试结果
经过磨损测试，自润滑涂层表现出了优异的抗磨损能力。与聚四氟乙烯球相比，自润滑涂层的磨损量明显减少，如图2所示。
图2：不同涂层磨损量对比
扫描电子显微镜观察
通过扫描电子显微镜观察，可以看到自润滑涂层表面磨损痕迹较少，涂层表面没有明显磨损花纹，如图3所示。
图3：聚四氟乙烯球和自润滑涂层表面磨损比较
结论
本研究通过爆炸喷涂制备了含有高比表面积的石墨和纳米晶钨的自润滑涂层，应用于钢、铜和铝表面。实验结果表明，自润滑涂层具有优异的抗磨损和减摩能力，能够改善表面性能和延长使用寿命。爆炸喷涂技术提供了一种新型的涂覆方法，可以为机械零部件和工具表面的润滑和磨损问题提供解决方案。
参考文献
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