Page 97 - 摩擦学学报2025年第8期

第 8 期 王伊枨, 等: 3种粘结固体润滑涂层的摩擦学及气蚀性能研究 1195

应的相互叠加又进一步增加了止推轴承材料性能的 航空煤油中的润滑耐磨性能的相对优劣尤其是气蚀
不确定性，严重影响了轴承的寿命，可能会造成轴承 性能及相关机理认识不足，不仅限制了性能更好的涂
卡滞、传动轴断裂、流量与压力波动等故障 [13-14] ，这不 层材料在我国燃油泵中的统型，而且难以科学指导综
仅对发动机运行的平稳性构成了重大挑战，同时也对 合性能更优的防护涂层的研制.
飞机的飞行安全带来潜在威胁. 鉴于此，本文中对目前航空发动机燃油泵止推轴
粘结固体润滑涂层作为1种经济有效的润滑技 承表面广泛使用的MoS /石墨基、MoS 基和石墨基
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术，主要由粘结剂、固体润滑剂、填料和溶剂组成，涂 3种粘结固体润滑涂层在航空煤油中的摩擦学性能和
覆在轴承表面可以在贫乏油工况下有效降低摩擦系 气蚀性能进行了对比研究，旨在揭示影响涂层润滑耐
数，从而提高部件的抗磨性，因此在美制和俄制燃油 磨和抗气蚀性能的关键因素，筛选出当下更适合航空
泵中得到广泛使用 [15-17] . 自上世纪六十年代初期，我国 发动机燃油泵复杂工况环境的涂层材料，并明确出综
便针对粘结固体润滑涂层技术开展了研究，针对燃油 合性能更加优异的润滑耐磨和抗气蚀功能一体化涂
泵的特殊工况，中国科学院兰州化学物理研究所分别 层材料的设计发展方向.

开发出了以MoS /石墨基粘结固体润滑涂层、MoS 基
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粘结固体润滑涂层和石墨基粘结固体润滑涂层为代 1 试验部分

表的多种粘结固体润滑涂层，并成功应用于不同型号 1.1 涂层制备
的燃油泵止推轴承表面，很大程度上解决了相关摩擦 MoS /石墨基粘结固体润滑涂层、MoS 基粘结固
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副的磨损问题 [18-19] . 然而，在燃油泵大修期间，技术人 体润滑涂层和石墨基粘结固体润滑涂层3种以聚酰胺
员发现止推轴承表面涂层存在剥落的现象，且这些位 酰亚胺(PAI)或PAI+环氧树脂(EP)为树脂的粘结固体
置的金属基材剥落深度较深，周围的磨损程度也明显 润滑涂层的涂料均由中国科学院兰州化学物理研究
更重，这些情况随着燃油泵功率的增加愈发严重，给 所生产，主要组分及固化条件列于表1中. 为增强涂层
燃油泵及发动机的运行造成极大安全隐患. 至此，研 和基材的结合强度，将待涂覆的金属基材经除油、喷砂
究人员才意识到在设计粘结固体润滑涂层时只考虑 和超声清洗等处理后再使用斯特力牌喷枪对基材表
了减摩耐磨的需求，往往忽视了气蚀损坏的影响. 因 面喷涂涂料. 待涂层完全固化后，使用Mini Test 1100型
缺乏系统研究，目前人们对典型粘结固体润滑涂层在 涡流测厚仪测得3种涂层的厚度均为20±5 μm.

表 1 3种粘结固体润滑涂层的成分及固化条件
Table 1 Composition and curing conditions of 3 kinds of bonded solid lubricating coatings
Sample Solid lubricant Organic resin binder Curing conditions
MoS 2 /graphite-based MoS 2 , graphite PAI 150 ℃ for 0.5 h, 280 ℃ for 1.0 h
MoS 2 -based MoS 2 PAI + EP 150 ℃ for 0.5 h, 170 ℃ for 1.0 h
Graphite-based Graphite PAI + EP 150 ℃ for 0.5 h, 200 ℃ for 1.0 h

1.2 性能表征 为200 r/min，摩擦时间为14 400 s. 由于316 L基材在

1.2.1 摩擦磨损试验 RP-3航空煤油中的摩擦系数比较大，而且不稳定，仪
为更贴近实际工况，选用MMW-1立式万能摩擦 器出现了比较大的振动和噪声，为了保护试验仪器传
磨损试验机，对3种涂层进行面接触形式的“大销盘摩 感器的敏感性和准确度，只对基材进行了300 s的摩擦
擦副”摩擦学性能测试，为加速试验进程，使用3个上 学试验，其他条件与涂层的摩擦条件一致. 为避免试
试样同时作为对偶，其示意图如图1(a)所示. 上试样 验偶然性，每种样品进行3次平行试验.

为齿轮实际用材2Cr3WMoV (Φ5.00 ± 0.02 mm，长 1.2.2 气蚀试验
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度为12.7 ± 0.02 mm，倒角为0.2×45°，显微硬度为 根据GB/T 6 383-2009标准 ，使用超声振动气蚀
278.31 HV300 g ± 6.82 HV300 g)，下试样为表面未涂 试验机对3种涂层的气蚀性能进行评价，仪器示意图
覆和涂覆了待测涂层的环状316 L金属试样(内径38 mm， 如图1(b)所示. 在试验中，液体介质为RP-3航空煤油，
外径54 mm). 涂层样品的摩擦学试验在室温20±3 ℃ 使用高低温循环一体机将介质温度控制在25±2 ℃. 上
条件下RP-3航空煤油介质中进行，载荷为20 N，转速 试样为316L (Φ16.00±0.02 mm)，振动频率为20 kHz，