尹雅楠，李冰濤，馬少雄，王少雄，梁 兵

（首都航天機(jī)械有限公司，北京 100076）

鎂合金是工程應(yīng)用中最輕的金屬材料，不僅密度低、比強(qiáng)度高、電磁屏蔽性和減震性好，而且具有優(yōu)良的切削加工性能和拋光性能[1]，是有效解決航天器輕量化需求的輕質(zhì)高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)的材料，必將廣泛應(yīng)用于航天零部件[2]。

目前在鎂合金表面防護(hù)方面，采用微弧氧化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)鎂合金表面的微弧氧化陶瓷涂層制備，涂層厚度均勻，成分可控，耐磨性、硬度和耐蝕性等顯著提高。

鎂合金構(gòu)件表面的微弧氧化層在與其他構(gòu)件對(duì)接裝配時(shí)，配合面會(huì)受到擠壓和摩擦，導(dǎo)致微弧氧化層被構(gòu)件磨損裸露出鎂合金基體，此時(shí)的鎂合金基體會(huì)發(fā)生化學(xué)腐蝕，如果與異種材料（如不銹鋼、鋁合金或鈦合金等）接觸還會(huì)產(chǎn)生電偶腐蝕，因此，提高鎂合金表面的防護(hù)涂層耐磨性能，使其具有較強(qiáng)的抗磨損能力，保證配合面在受到擠壓和摩擦?xí)r，微弧氧化層不被破壞，是航天用鎂合金材料需解決的問(wèn)題之一。

在我國(guó)航天型號(hào)的低沖擊分離裝置關(guān)鍵產(chǎn)品中，為了保證順利分離的特殊要求，在其表面噴涂二硫化鉬固體潤(rùn)滑涂層作為減摩涂層，以提高零件表面的耐磨性能?；诖耍阪V合金微弧氧化層表面噴涂低摩擦系數(shù)、耐磨損的涂層有助于保證鎂合金殼體配合面的防護(hù)。

本研究實(shí)施前航天型號(hào)低沖擊分離裝置產(chǎn)品表面的二硫化鉬減磨涂層厚度為固化溫度為200℃，靜摩擦系數(shù)小于0.3，動(dòng)摩擦系數(shù)小于0.11。為了防止鎂合金的過(guò)時(shí)效傾向，減小涂層固化溫度對(duì)鎂合金基體強(qiáng)度和抗蠕變性能的影響，同時(shí)進(jìn)一步提高涂層的減磨性能，設(shè)計(jì)人員對(duì)鎂合金微弧氧化層表面的二硫化鉬減磨涂層提出了新的技術(shù)指標(biāo)，即固化溫度不大于150℃，靜摩擦系數(shù)小于0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)小于0.1，涂層厚度滿(mǎn)足8μm±3μm。本文介紹的二硫化鉬固體潤(rùn)滑涂層可滿(mǎn)足上述技術(shù)指標(biāo)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試塊及原材料

試塊：基材為稀土鎂合金，其表面微弧氧化層厚度約為12μm；固體潤(rùn)滑劑二硫化鉬；黏結(jié)劑：環(huán)氧樹(shù)脂；添加劑二甲基咪唑、三氧化二銻；稀釋劑環(huán)己醇、丙酮。

1.2 主要設(shè)備及儀器

噴槍?zhuān)珿P-2，日本扶桑精機(jī)有限公司；鼓風(fēng)干燥箱，LC-233，上海埃斯佩克環(huán)境儀器有限公司；高速環(huán)塊磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)，MRH-3，濟(jì)南試金集團(tuán)有限公司；掃描電鏡，S-3700N，日立公司。

1.3 涂層制備

1.3.1 噴涂液配制

稱(chēng)取二硫化鉬2.5～4g，環(huán)氧樹(shù)脂2～3.5g，添加劑1～ 1.5g，稀釋劑10～20mL，按一定順序混合并充分?jǐn)嚢杈鶆蚺渲瞥蓢娡恳骸?/p>

1.3.2 噴涂

噴槍與試塊距離10cm～12cm，氮?dú)鈮毫?.22MPa，均勻噴涂一遍后，自然晾干然后再?lài)娡康诙椤?/p>

1.3.3 固化

100℃±2℃保溫固化1h。

1.4 性能測(cè)試

1.4.1 涂層形貌

采用掃描電鏡觀察鎂合金表面微弧氧化陶瓷層、二硫化鉬潤(rùn)滑涂層的表面形貌以及二者的結(jié)合形貌。

1.4.2 涂層厚度

采用杠桿千分尺通過(guò)測(cè)量試塊噴涂前后尺寸計(jì)算得到涂層厚度。

1.4.3 摩擦實(shí)驗(yàn)

按GB12444.2—90實(shí)驗(yàn)方法，采用涂層厚度為8μm± 3μm的試塊，摩擦實(shí)驗(yàn)條件：在實(shí)驗(yàn)機(jī)上施加總負(fù)荷500N，加載完成后按200r/min啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)機(jī)，即先加載后轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)下列公式來(lái)計(jì)算摩擦系數(shù)：

動(dòng)摩擦系數(shù)：在檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中記錄啟動(dòng)后60s、65s、70s、75s、80s、85s共6個(gè)時(shí)間點(diǎn)的摩擦力值，按式（1）計(jì)算動(dòng)摩擦系數(shù)：

式（1）中：μ1n為記錄點(diǎn)動(dòng)摩擦系數(shù)，n=1，2…6；f1n為記錄點(diǎn)摩擦力，n=1，2…6；N1為總載荷，其值為500N。

靜摩擦系數(shù)：在檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中記錄啟動(dòng)后60s內(nèi)摩擦力最大值，按式（2）計(jì)算

式（2）中：μ2為靜摩擦系數(shù)；f2為啟動(dòng)后60s內(nèi)摩擦力最大值；N2為總載荷，其值為500N。

1.4.4 劃格實(shí)驗(yàn)

參照GB/T9286—1998《色漆和清漆漆膜的劃格實(shí)驗(yàn)》，采用鋒銳的單面保險(xiǎn)刀片劃透涂層，劃格數(shù)16個(gè)，畫(huà)線的間距為1mm。

2 結(jié)果及討論

2.1 涂層形貌

鎂合金微弧氧化陶瓷層表面形貌如圖1、鎂合金微弧氧化陶瓷層表面噴涂二硫化鉬固體潤(rùn)滑涂層的表面形貌如圖2，可見(jiàn)鎂合金微弧氧化陶瓷層表面呈多孔疏松結(jié)構(gòu)，孔徑2～3μm，固體潤(rùn)滑涂層表面較為致密，孔隙約1μm左右；二硫化鉬涂層與鎂合金微弧氧化陶瓷層基體的結(jié)合情況如圖3，可見(jiàn)樹(shù)脂體系滲入基體孔隙中，二者結(jié)合良好。

圖1 微弧氧化陶瓷層表面形貌

圖2 微弧氧化陶瓷層表面噴涂二硫化鉬固體潤(rùn)滑涂層形貌

圖3 微弧氧化陶瓷層與固體潤(rùn)滑涂層的截面形貌

2.2 涂層厚度

試塊噴涂二硫化鉬固體潤(rùn)滑涂層前后尺寸及計(jì)算出的涂層厚度見(jiàn)表1。

表1 試塊噴涂前后尺寸及涂層厚度

由表1可以看出，二硫化鉬固體潤(rùn)滑涂層的厚度為8～11μm，同時(shí)結(jié)合圖4中標(biāo)示出的涂層厚度進(jìn)一步證明了二硫化鉬固體潤(rùn)滑涂層的厚度滿(mǎn)足8μm±3μm技術(shù)指標(biāo)。

2.3 摩擦實(shí)驗(yàn)

按照2.4.3方法測(cè)試的摩擦力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及計(jì)算出的摩擦系數(shù)見(jiàn)表2，其中靜摩擦系數(shù)0.114～0.128，小于設(shè)計(jì)要求值0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)0.078～0.086，小于設(shè)計(jì)要求值0.1。

表2 涂層的摩擦實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

采用掃描電鏡對(duì)摩擦實(shí)驗(yàn)后的磨痕進(jìn)行觀察，如圖4所示，可見(jiàn)磨痕清晰平整且未被磨穿，寬度范圍0.5～1mm。

圖4 摩擦實(shí)驗(yàn)后磨痕的形貌

2.4 劃格實(shí)驗(yàn)

按照1.4.4實(shí)驗(yàn)方法對(duì)鎂合金微弧氧化層表面的二硫化鉬固體潤(rùn)滑涂層進(jìn)行劃格實(shí)驗(yàn)，其表面狀態(tài)如圖5所示，可見(jiàn)劃痕邊緣清晰，所有方格內(nèi)均無(wú)涂層脫落，參照GB/T9286—1998標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到0級(jí)。

圖5 二硫化鉬涂層劃格實(shí)驗(yàn)的表面外觀

3 結(jié)束語(yǔ)

采用噴涂法可在鎂合金微弧氧化層表面制備二硫化鉬固體潤(rùn)滑涂層，厚度滿(mǎn)足8μm±3μm，靜摩擦系數(shù)小于0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)小于0.1，從微弧氧化層脫離的抗性為0級(jí)。

本涂層提高了產(chǎn)品的減磨及耐磨損性能，可應(yīng)用于航天、航空、汽車(chē)等有減磨潤(rùn)滑需求的零部件表面，或要求固化溫度120℃以下的基體表面，還可推廣應(yīng)用于大型件表面的減磨潤(rùn)滑層制備和修復(fù)。