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高速透平箔片动压气体轴承固体润滑涂层研究进展
摘要：
高速透平箔片动压气体轴承是一种高速旋转的机械设备，其性能直接影响着气体轴承的稳定性和寿命。因此，研究其固体润滑涂层具有重要意义。本文综述了高速透平箔片动压气体轴承固体润滑涂层研究的进展，包括固体润滑涂层的分类、制备方法、润滑性能以及应用研究等方面。同时，对该领域未来的发展进行了展望，为该领域未来研究提供参考。
关键词：高速透平箔片动压气体轴承；固体润滑涂层；制备方法；润滑性能；应用研究
1.引言
高速透平箔片动压气体轴承是一种关键的气体轴承，其性能直接影响着气体轴承的稳定性和寿命。尽管目前液体润滑完全可以满足高速气体轴承的工作要求，但由于液体润滑易挥发，易受环境影响等限制，因此研究固体润滑涂层具有重要意义[1]。
2.固体润滑涂层分类
根据涂层的固体成分不同，固体润滑涂层可以分为硅基、碳基、金属基和陶瓷基涂层等四类[2]。
硅基涂层主要由SiO2或Si3N4为主要成分组成，具有压电效应，可以在表面形成一层细碎的SiO2或Si3N4磨粒，形成长期稳定的三体润滑状态，同时硅基涂层的润滑性能受到温度、湿度和磨损等因素的影响[3]。
碳基涂层主要由纳米碳或石墨等的碳质粉末为主要成分组成，具有良好的化学惰性，优异的耐磨性和润滑性能，同时碳基涂层还具备良好的导电性和耐腐蚀性等特性，是目前广泛应用于气体轴承领域的一类涂层[4]。
金属基涂层主要由金属材料制成，具有良好的耐热性、耐磨性和耐腐蚀性，同时金属基涂层容易通过化学气相沉积法等方法形成，具备很好的应用前景[5]。
陶瓷基涂层主要由SiO2、Al2O3等陶瓷材料组成，具有较硬的表面，能够有效减小磨损，并且由于陶瓷材料的高热导率和高温稳定性，因此具有较好的耐热性和机械强度[6]。
3.制备方法
固体润滑涂层的制备方法主要包括物理气相沉积、化学气相沉积、溅射法和电弧放电等方法[7]。
物理气相沉积法主要是利用高能电子束或惰性气体离子轰击固体材料，产生蒸发物质，并通过衬底沉积成薄膜。化学气相沉积法则是在物理气相沉积法基础之上，添加一种或几种气体进料，利用其中的一种化学反应来生成沉积材料，这样可以降低材料沉积的温度并提高沉积速率。溅射法是通过高速陨击离子束或惰性气体离子轰击固体材料表面，使其从材料表面脱落并通过离子束动能传递到衬底表面，形成附着的薄膜。电弧放电则可以通过电弧放电在工作气体中发生反应，将电极表面原子、离子、分子等物质弹出并离散沉积在衬底上，形成致密固体。
4.润滑性能
固体润滑涂层在高速透平箔片动压气体轴承应用中，主要起到降低磨损、减小摩擦系数、提高轴承工作温度等方面的作用[8]。因而，润滑性能是评价固体润滑涂层性能的重要指标。
研究表明，具有较好的润滑性能的固体润滑涂层需要满足以下条件：①良好的硬度和耐磨性能；②较低的表面自由能和温和的表面活性；③较低的摩擦系数和良好的耐热性；④良好的匹配性和在高温高压环境下保持相对稳定的化学稳定性等[9]。
5.应用研究
固体润滑涂层在气体轴承领域的应用研究已经取得了重要进展。例如，有研究针对航空发动机的高速气体轴承，在轴承与轴颈接触的部位采用硅基氟化液态润滑涂层，大大降低了轴承磨损[10]。同时，有研究针对汽车汽缸壁表面的润滑性能进行了研究，针对该问题使用固体润滑涂层的方法，通过金属基石墨涂铝合金的方法有效提高了汽缸壁的润滑性能并降低了润滑油耗[11]。
6.未来展望
未来固体润滑涂层在高速透平箔片动压气体轴承领域的研究将会有更大的发展空间，尤其是采用纳米复合材料来制备涂层，具有更好的稳定性和润滑性能[12]。此外，在制备方法上，正在有更多的压电致动式喷雾、热喷涂、电化学沉积等新方法不断涌现。在涂层材料选择上，石墨、金属、无机化合物等依然是制备固体润滑涂层的主要材料，不过，针对专用领域而言，将会涌现更多定制化的涂层材料和制备方法。