[00132155]微纳米金属硫化物固体润滑薄膜技术及其应用

本项目属机械摩擦学技术领域。 固体润滑能有效克服传统流体和半流体润滑不能在高低温、高载荷、高真空等苛刻条件下工作的缺点,已经成为润滑技术中不可缺少的组成部分。目前常用的固体润滑薄膜制备方法包括电镀、干膜涂覆、热喷涂和溅射等。其中电镀和干膜与基体结合较差;热喷涂过程中的烧损使得薄膜中固体润滑相含量较低,影响润滑效果;而溅射时原子比的改变使得薄膜中固体润滑相的含量难以保证。目前,如何制备能适应各种特殊工况,且工艺质量可靠、润滑性能优异的固体润滑薄膜成为亟待解决的技术问题。 本项目通过承担国家自然科学基金重点项目等课题,对低温离子渗硫技术进行了创新性的开拓研究。由于低温离子渗硫温度低（小于200℃）,不会对零部件基体强度造成损失,而且由于渗层很浅（小于10μm）,不会进入钢铁等金属本体的晶界成为有害元素,因此低温离子渗硫技术成为在金属零件表面制备固体润滑薄膜的非常重要的新型技术。 研究发现,对Fe、Mo、W、Zn等金属进行低温离子渗硫处理,可以得到FeS、MoS2、WS2、ZnS等硫系固体润滑薄膜。进一步研究发现,特别有意义的是,对具有优良力学性能的热喷涂和磁控溅射金属基薄膜进行低温离子渗硫处理,可以成功制备出结合强度更好、固体润滑相含量更高、摩擦学性能更优异的硫系固体润滑薄膜。该薄膜更符合“表面软,润滑性能良好;亚表面硬,提供有效支撑”理想摩擦表面的要求,成为能够在特殊条件下可靠工作的原创性先进技术。通过产学研合作,基于热喷涂/磁控溅射+低温离子渗硫复合表面处理技术,分别针对高载荷、高温、真空、大接触面积等不同工况需求,建立了原创性的金属硫化物固体润滑薄膜制备技术体系,所研制的系列新产品经用户使用证明,比传统流体、半流体润滑以及目前其他常用固体润滑薄膜产品性能优越,满足使用要求。 项目研究在薄膜的复合制备工艺、设备核心技术等方面均有突出的实质性特点和显著进步,形成7项国家发明专利,并受理国家发明专利9项。 项目主要特点和创新点：基于原创性的复合处理技术,研发了数种能在不同工况条件下有效工作的固体润滑薄膜体系： （1）常温下精密机械零部件的FeS/MoS2固体润滑薄膜; （2）高载荷高温下精密机械零部件的FeS/MoS2固体润滑薄膜; （3）高载荷下非精密机械零部件的铁铬硼硅/FeS复合固体润滑薄膜; （4）非精密机械零部件大面积表面的高效廉价的3Cr13/FeS复合固体润滑薄膜; （5）低载荷下与软质材料对摩的非精密机械零部件的Zn/ZnS复合固体润滑薄膜。 项目成果在天水锻压机床（集团）有限公司、天水风动机械有限责任公司和兰州金安新包装有限公司的液压机、折弯机、石油钻杆和包装机械等设备中,实现了规模化生产应用,提升了其产品在国内外市场销售量,2009年以来已取得累积经济效益1.24亿元,创汇4000余万美元,获得了显著的经济和社会效益。项目产业化后,实现了微纳米金属硫化物固体润滑技术的绿色生产和使用,对提升我国机械产业竞争力具有重大作用。