前言(yan)
航空发(fa)动(dong)机作为(wei)飞机的(de)核(he)心组(zu)成部分，是影(ying)响(xiang)航(hang)空工(gong)业发展水(shui)平(ping)的(de)重要(yao)因(yin)素。紧固件(jian)作(zuo)为(wei)连接(jie)和固定航(hang)空(kong)发(fa)动机(ji)各(ge)部(bu)分(fen)的(de)重要(yao)构件(jian)，其性能(neng)的(de)高(gao)低限(xian)制着航空发(fa)动(dong)机的(de)发展(zhan)。由(you)镍基高温(wen)合(he)金制成(cheng)的(de)航(hang)空发(fa)动(dong)机(ji)紧(jin)固件，在工(gong)作(zuo)过(guo)程(cheng)中摩(mo)擦(ca)因数较大，过(guo)大(da)的摩(mo)擦(ca)因数(shu)使得(de)紧固件(jian)在(zai)摩(mo)擦过程中产生(sheng)大(da)量(liang)的(de)热(re)，界面(mian)温(wen)度(du)瞬间升高(gao)，高(gao)温(wen)会将(jiang)两个(ge)表面进行(xing)焊接导致(zhi)螺(luo)栓(shuan)和(he)螺母(mu)咬(yao)死(si)现(xian)象发(fa)生(sheng)。长(zhang)期(qi)处(chu)于高温(wen)（650 ℃以(yi)上）工(gong)况下，螺(luo)栓(shuan)和螺母(mu)咬(yao)死现(xian)象(xiang)更是(shi)频发。螺栓和(he)螺(luo)母(mu)咬死(si)问题严(yan)重阻(zu)碍(ai)了航空(kong)发动机(ji)紧固(gu)件(jian)的(de)发展，已成(cheng)为(wei)亟待(dai)解决(jue)的(de)难题。为了降(jiang)低航空(kong)发(fa)动(dong)机中螺栓(shuan)和螺(luo)母咬死问题的发(fa)生(sheng)频(pin)率(lv)，科(ke)研(yan)工作(zuo)者不(bu)断探(tan)索(suo)高温环境下(xia)的紧固(gu)件保(bao)护(hu)技(ji)术。涂(tu)层保(bao)护技(ji)术作为(wei)紧固(gu)件保(bao)护(hu)技(ji)术中的主(zhu)流方法[1-3]，可以通(tong)过降(jiang)低螺栓(shuan)和(he)螺母之(zhi)间的摩(mo)擦(ca)因(yin)数来(lai)达(da)到(dao)保护的目的(de)[4-5]。在(zai)众多高温(wen)保(bao)护涂层(ceng)中，银(yin)因(yin)具(ju)有(you) 962 ℃的(de)高(gao)熔点(dian)和(he)优秀的(de)润滑(hua)特(te)性(xing)、较(jiao)低(di)的(de)剪(jian)切(qie)强(qiang)度(du)成为(wei)紧固件(jian)保(bao)护涂(tu)层(ceng)优(you)先选择的材(cai)料(liao)[6-7]。目(mu)前(qian)针对银(yin)涂(tu)层在高(gao)温(wen)环境(jing)中(zhong)的应用(yong)已(yi)有(you)较(jiao)为(wei)成熟(shu)的(de)研究。
TRONCI 等[8]在研究过程中发现，工(gong)作(zuo)温度(du)在450 ℃以(yi)下(xia)时(shi)，银作(zuo)为一(yi)种(zhong)软(ruan)涂(tu)层，剪切强度低，处(chu)于(yu)高温(wen)环(huan)境时，临界剪切(qie)应(ying)力(li)仅为(wei) 0.588 MPa[9]，能(neng)够允(yun)许(xu)较大(da)的(de)塑(su)性(xing)变(bian)形(xing)量(liang)，是很(hen)好(hao)的(de)固(gu)体(ti)润滑(hua)剂(ji)，可(ke)以(yi)在(zai)接触(chu)区起到一定的润滑(hua)作用(yong)[10-11]。在(zai)运(yun)动(dong)副(fu)相(xiang)对运(yun)动(dong)的(de)过程中，处(chu)于(yu)接(jie)触面(mian)的(de)银涂(tu)层(ceng)会发生形(xing)变(bian)从(cong)而(er)减(jian)小运动副(fu)的摩(mo)擦(ca)因数(shu)，因此采用(yong)银(yin)涂层对(dui)航(hang)空发(fa)动(dong)机(ji)紧固件进行保(bao)护，理论上可以有(you)效减(jian)少(shao)咬死现象(xiang)[12]。但由(you)于(yu)银涂层(ceng)自身特性与电镀制(zhi)备方(fang)法(fa)的原因(yin)，它(ta)存(cun)在高温下硬度(du)不(bu)足(zu)、厚度(du)不(bu)均(jun)匀、结合强(qiang)度差(cha)等(deng)缺(que)点。高温环境下银(yin)的硬度(du)不(bu)足(zu) 0.5 GPa，涂(tu)层(ceng)表面(mian)容(rong)易发(fa)生(sheng)过(guo)度形(xing)变，承载(zai)能(neng)力差[13-14]；过厚的银(yin)涂(tu)层会(hui)因(yin)承(cheng)受(shou)载荷过(guo)大(da)而发生(sheng)过度(du)形(xing)变或(huo)剥(bo)落，导(dao)致(zhi)接(jie)触面积增大，摩(mo)擦(ca)因(yin)数(shu)增大(da)[15]；在(zai)经受(shou)温(wen)度(du)循环时(shi)，表面状(zhuang)态缺乏(fa)可(ke)逆性(xing)[16]，螺(luo)栓(shuan)和螺母咬死问题仍(reng)会(hui)出(chu)现，镀银(yin)螺栓(shuan)和螺母咬(yao)死失(shi)效如(ru)图 1 所(suo)示(shi)。现(xian)有(you)涂层(ceng)无法满足实际(ji)的使(shi)用需求。
本(ben)文(wen)在(zai)系(xi)统(tong)介(jie)绍航(hang)空(kong)发(fa)动(dong)机(ji)紧(jin)固(gu)件(jian)苛(ke)刻工况下(xia)主(zhu)要(yao)磨损失效形式的(de)基(ji)础(chu)上(shang)，从(cong)涂(tu)层的(de)制(zhi)备(bei)工(gong)艺(yi)和涂(tu)层(ceng)成(cheng)分出发，综(zong)述(shu)银涂(tu)层和(he)复(fu)合(he)增强(qiang)涂层制备技术(shu)的(de)现状，结(jie)合(he)现有(you)高温(wen)涂(tu)层(ceng)的(de)应(ying)用(yong)现状提出(chu)可能应(ying)用(yong)于(yu)紧(jin)固件的(de)高(gao)温替(ti)代涂(tu)层，并通(tong)过对现用航(hang)空(kong)发(fa)动机(ji)失(shi)效(xiao)紧固(gu)件(jian)的(de)分(fen)析(xi)总结提出(chu)目前(qian)银涂(tu)层在实际使用(yong)过(guo)程(cheng)中存(cun)在的(de)问题(ti)。最(zui)后(hou)，对(dui)紧固(gu)件涂层(ceng)保护技术(shu)未来应(ying)用前景提(ti)出了(le)自己的(de)思(si)考和建(jian)议。
1、 紧固件(jian)中存在(zai)的(de)磨(mo)损(sun)失效(xiao)形式
航(hang)空发动(dong)机紧固件是(shi)航(hang)空(kong)领(ling)域的重(zhong)要部(bu)件(jian)，其常(chang)用材(cai)料为镍(nie)基(ji)高(gao)温(wen)合金。长(zhang)期(qi)工(gong)作(zuo)于高温环(huan)境（650 ℃）的(de)紧固件(jian)会(hui)因微(wei)动磨(mo)损、磨粒磨损、氧化(hua)磨(mo)损和粘(zhan)着磨损而失效[17-18]。其中，微(wei)动磨(mo)损(sun)是由于(yu)紧(jin)固(gu)件(jian)材(cai)料(liao)在(zai)接(jie)触压(ya)力和(he)小(xiao)幅(fu)度横(heng)向(xiang)位(wei)移下从(cong)表(biao)面(mian)上(shang)去(qu)除而(er)发(fa)生(sheng)的，磨(mo)粒(li)磨(mo)损是由(you)于紧固件(jian)配副中较硬(ying)材料(liao)与较软(ruan)材(cai)料(liao)的(de)摩擦(ca)作用(yong)而发(fa)生(sheng)的(de)，氧(yang)化磨(mo)
损是(shi)由于(yu)紧(jin)固件材(cai)料(liao)与(yu)周围氧气发(fa)生化(hua)学反(fan)应(ying)而(er)发生的(de)，粘着磨损是由(you)于紧固件(jian)配副(fu)在滑(hua)动摩(mo)擦(ca)时(shi)接(jie)触面(mian)局部发(fa)生(sheng)金属(shu)粘着(zhe)而发生(sheng)的(de)[19-21]。微(wei)动磨损(sun)、磨粒(li)磨损(sun)、氧化(hua)磨损和粘着(zhe)磨损(sun)问题导(dao)致涂层出现(xian)脱落(luo)、凹坑甚至剥(bo)落(luo)；氧化会(hui)使(shi)涂(tu)层(ceng)材(cai)料表(biao)面(mian)生成氧化物，附着(zhe)力(li)变(bian)差，影(ying)响(xiang)涂层性能，加剧(ju)磨(mo)损[22]。
1.1 紧固件基(ji)材(cai)磨损(sun)失效(xiao)形(xing)式
1.1.1 微(wei)动磨损
微动磨损(sun)是紧固件在(zai)工(gong)作(zuo)过(guo)程中不可(ke)避(bi)免的(de)[23]。LEE 等(deng)[24-25]通过研(yan)究(jiu)发(fa)现(xian)，在航(hang)空(kong)航(hang)天紧(jin)固(gu)件(jian)中，微(wei)动磨损是(shi)最常见的一(yi)种磨损(sun)形式。在(zai)进(jin)行(xing)了(le)更(geng)深(shen)入(ru)的研究(jiu)后，LEE 等还发(fa)现，在航空发(fa)动机工(gong)作过程中，极(ji)小振幅是引起(qi)紧固(gu)件微动磨损(sun)的(de)主(zhu)要(yao)原(yuan)因(yin)，微(wei)动(dong)磨损会导致接(jie)触(chu)表面(mian)发(fa)生(sheng)形(xing)变，甚(shen)至出现微观结(jie)构(gou)变(bian)化(hua)、应(ying)力集(ji)中、裂纹萌(meng)生(sheng)等问题(ti)。此(ci)外，微动(dong)磨损还(hai)会(hui)导(dao)致紧固(gu)件(jian)配副材料损(sun)失(shi)，TONG 等[26]在确(que)定紧(jin)固(gu)件(jian)与配(pei)副之(zhi)间(jian)磨(mo)损损(sun)失时发现，在一定(ding)范围内，随着微(wei)动循环(huan)次(ci)数(shu)增(zeng)加，磨损(sun)量(liang)呈现逐渐(jian)增(zeng)加(jia)的趋(qu)势，如图 2 所(suo)示(shi)。微动磨损(sun)会导(dao)致螺(luo)纹磨损失效[27-28]。
1.1.2 磨粒磨损
碎(sui)屑会(hui)随着拧(ning)紧(jin)和(he)磨(mo)损(sun)过(guo)程(cheng)的(de)进行(xing)而逐(zhu)渐增(zeng)多，导(dao)致磨(mo)粒磨损[29-30]。HUA 等(deng)[25]在(zai)反(fan)复(fu)拧紧(jin)和(he)微动(dong)磨(mo)损后的螺(luo)纹(wen)表面(mian)观察(cha)到明显的碎(sui)屑(xie)和(he)磨损(sun)颗(ke)粒(li)。磨(mo)粒(li)磨损会对螺(luo)纹产(chan)生损伤(shang)。ECCLES W 等[29]对(dui)反复拧(ning)紧之(zhi)后的(de)螺(luo)纹(wen)表(biao)面进(jin)行扫(sao)描(miao)电(dian)镜(jing)观察时(shi)还发(fa)现(xian)，其他磨粒磨损存(cun)在(zai)的迹(ji)象，如图(tu) 3 所(suo)示(shi)，区域(yu)（a）中螺母材料(liao)转(zhuan)移(yi)到(dao)了螺栓(shuan)螺纹上，区(qu)域(yu)（b）中(zhong)螺栓(shuan)材料(liao)出现(xian)了(le)损失(shi)，区(qu)域（c）中(zhong)存在(zai)明(ming)显(xian)的磨粒(li)磨(mo)损(sun)现(xian)象，区(qu)域(yu)（d）中(zhong)磨(mo)损(sun)颗(ke)粒(li)残留在(zai)了(le)螺纹表(biao)面。LIU 等(deng)[31]在(zai)对紧(jin)固件进(jin)行加(jia)载(zai)循(xun)环测(ce)试(shi)时(shi)发现，螺纹因(yin)磨粒磨损(sun)的(de)影(ying)响，产生(sheng)了不(bu)可逆转(zhuan)的(de)损伤(shang)，此外(wai)，在(zai)观(guan)察紧(jin)固(gu)件(jian)样件(jian)的表面(mian)形貌(mao)时发(fa)现(xian)磨(mo)粒(li)磨损(sun)导致(zhi)螺(luo)纹表面(mian)出(chu)现了严重(zhong)的沟(gou)槽(cao)[32]。磨(mo)粒(li)磨(mo)损(sun)除对螺(luo)纹(wen)表面造成损伤(shang)之(zhi)外(wai)，磨损(sun)颗(ke)粒(li)镶(xiang)嵌(qian)在(zai)银(yin)涂(tu)层(ceng)中(zhong)形(xing)成(cheng)磨粒还会(hui)造(zao)成涂(tu)层(ceng)失效[33-34]。
1.1.3 氧化磨损(sun)
除微动磨(mo)损和(he)磨(mo)粒磨(mo)损(sun)之外(wai)，有氧(yang)环(huan)境(jing)中紧固件(jian)存在(zai)着(zhe)氧化磨损(sun)[35]。LIU 等(deng)[36]在采(cai)用 EDS能(neng)谱分析对(dui)受压(ya)最严(yan)重(zhong)的螺(luo)纹(wen)表(biao)面进行(xing)分析(xi)时发现，磨(mo)损最严(yan)重(zhong)的(de)地方 O 元素含量(liang)出现明显升高(gao)，说明表(biao)面(mian)因(yin)氧化(hua)产(chan)生(sheng)了磨(mo)损(sun)失效。在多次(ci)循(xun)环(huan)加(jia)载之(zhi)后的(de)螺(luo)纹(wen)表(biao)面(mian)也(ye)有类似的(de)现象(xiang)发生。YU 等(deng)[37]的研(yan)究(jiu)证(zheng)明(ming)循环载(zai)荷(he)导(dao)致的螺(luo)纹磨损一(yi)部(bu)分(fen)是(shi)由氧(yang)化(hua)磨(mo)损(sun)引(yin)起的。针(zhen)对(dui)类(lei)似问题(ti)，ZHANG 等(deng)[35]同(tong)样也(ye)在紧(jin)固件样件(jian)螺纹(wen)表面检测(ce)到较(jiao)高(gao)含量的O 元(yuan)素，部(bu)分(fen)区域(yu)形(xing)成(cheng)了氧化(hua)膜(mo)，且部分氧化物(wu)碎片(pian)堆(dui)积(ji)在了(le)螺纹(wen)表面，如(ru)图 4 所(suo)示。由(you)此(ci)可见(jian)，氧(yang)化磨损(sun)不(bu)仅会损伤(shang)螺(luo)纹(wen)材(cai)料(liao)，还会使(shi)磨粒增(zeng)多(duo)，磨粒(li)磨(mo)损(sun)加剧。此(ci)外(wai)，覆盖于螺纹(wen)表面的涂(tu)层(ceng)表(biao)面(mian)及(ji)其材(cai)料(liao)也(ye)会(hui)受氧(yang)化磨(mo)损(sun)的(de)影(ying)响(xiang)，存在失(shi)效(xiao)风(feng)险(xian)。
1.1.4 粘(zhan)着(zhe)磨损
紧固件在大载(zai)荷或循环载(zai)荷工作(zuo)条件(jian)下(xia)还会(hui)出现(xian)粘(zhan)着(zhe)磨(mo)损[38]。ZHOU 等(deng)[38]在(zai)观(guan)察(cha)受载(zai)为(wei) 6 kN 的螺(luo)纹(wen)表(biao)面(mian)的(de)微(wei)观(guan)损(sun)伤时(shi)发现，粘(zhan)着磨损(sun)导致表(biao)面出现(xian)了(le)犁(li)削现(xian)象(xiang)，如(ru)图(tu) 5 所(suo)示(shi)。粘着磨损除(chu)了会在表面(mian)形成(cheng)犁削现象外，还(hai)会(hui)产(chan)生粘着磨损(sun)颗粒，为(wei)了观察(cha)这种现象(xiang)，HAN 等(deng)[39]还(hai)采用 3D 轮廓(kuo)仪(yi)对(dui)摩(mo)擦(ca)学(xue)试验后(hou)样品(pin)表(biao)面进行了观察，结(jie)果发(fa)现(xian)，样(yang)品(pin)表(biao)面(mian)出(chu)现(xian)了(le)配(pei)副(fu)颗粒(li)。粘(zhan)着磨损除(chu)了(le)会对(dui)螺纹(wen)表面产(chan)生损伤外(wai)，还(hai)会使涂(tu)层(ceng)脱落导(dao)致(zhi)减(jian)磨(mo)效果(guo)下降(jiang)。
综(zong)上(shang)，紧(jin)固(gu)件在(zai)工作过(guo)程中会(hui)受到(dao)微动(dong)磨损、磨(mo)粒磨(mo)损、氧(yang)化磨损、粘着磨(mo)损(sun)的影响(xiang)，且(qie)在微(wei)动磨(mo)损(sun)的(de)影响(xiang)下(xia)，未(wei)涂覆(fu)保(bao)护(hu)涂(tu)层(ceng)的螺(luo)纹(wen)表面(mian)会(hui)因螺栓和(he)螺母(mu)相互挤(ji)压出(chu)现变(bian)形；长(zhang)时间的(de)微动(dong)磨(mo)损会使(shi)形变加剧，导(dao)致(zhi)裂(lie)纹(wen)的产(chan)生和(he)扩(kuo)展，进而导(dao)致螺(luo)纹表(biao)面(mian)出(chu)现(xian)凹坑(keng)。参(can)与磨粒磨(mo)损的磨屑(xie)主(zhu)要(yao)在(zai)微动(dong)磨损(sun)、氧化磨(mo)损等(deng)过程(cheng)中(zhong)产生(sheng)，与外(wai)界(jie)接触也会(hui)引(yin)入部分(fen)颗(ke)粒。磨粒磨损的(de)发生会(hui)使(shi)螺(luo)纹(wen)表面出现侵(qin)入(ru)性破坏，除(chu)发(fa)生(sheng)形(xing)变(bian)之外，部(bu)分高硬(ying)度或小颗粒(li)还会嵌入螺(luo)纹(wen)表(biao)面，并(bing)且参与(yu)了表(biao)面裂(lie)纹的产生过程。高(gao)温(wen)环(huan)境除(chu)会使(shi)紧(jin)固件材(cai)料发生(sheng)
氧化反应，硬度等(deng)性能降(jiang)低(di)之(zhi)外，产(chan)生的氧(yang)化(hua)物颗(ke)粒(li)还(hai)会参与并(bing)加剧(ju)氧(yang)化磨(mo)损(sun)和(he)磨粒磨损(sun)。过大(da)的(de)接触应(ying)力(li)还会(hui)导致(zhi)螺(luo)纹表(biao)面出(chu)现块(kuai)状脱(tuo)落形成凹坑(keng)，发(fa)生(sheng)粘(zhan)着(zhe)磨(mo)损(sun)，同时(shi)，块(kuai)状脱(tuo)落(luo)物在一(yi)定(ding)程度(du)上(shang)也会(hui)加(jia)剧(ju)磨(mo)粒(li)磨(mo)损。
1.2 紧固件(jian)银涂层(ceng)磨损(sun)失(shi)效(xiao)形(xing)式
为(wei)降(jiang)低航(hang)空发(fa)动机紧(jin)固件(jian)磨(mo)损失(shi)效发(fa)生的频(pin)率，科研人(ren)员有(you)时会(hui)采(cai)用(yong)银(yin)涂层对紧固(gu)件(jian)进行保护(hu)，但银涂(tu)层(ceng)有时(shi)也(ye)会因为(wei)磨(mo)损(sun)而失效。在微动(dong)磨损和(he)磨(mo)粒(li)磨损的影(ying)响下，银(yin)涂层(ceng)表面(mian)会(hui)发(fa)生形(xing)变及(ji)出现(xian)犁沟(gou)等(deng)；在(zai)氧(yang)化(hua)磨(mo)损的影(ying)响下(xia)，银(yin)涂(tu)层(ceng)性质会发(fa)生改变，功(gong)能(neng)完(wan)整性(xing)也会(hui)受(shou)到(dao)破(po)坏(huai)；在(zai)粘(zhan)着磨(mo)损影(ying)响(xiang)下，银(yin)涂层会出(chu)现(xian)剥落等(deng)，上述损(sun)害会在一(yi)定程(cheng)度上(shang)导(dao)致(zhi)涂层失效(xiao)[40-41]。邱(qiu)星(xing)瀚等(deng)[42]对(dui)覆(fu)盖于航空发(fa)动机(ji)紧(jin)固(gu)件上(shang)的电(dian)镀(du)银(yin)涂层(ceng)的失效表面进行观察时发(fa)现(xian)，螺(luo)纹中尖角(jiao)处因应(ying)力集(ji)中(zhong)而(er)出(chu)现(xian)严(yan)重(zhong)的粘(zhan)着(zhe)磨(mo)损(sun)和(he)塑(su)性变形，导(dao)致裂纹扩(kuo)展(zhan)，银(yin)涂(tu)层(ceng)脱落(luo)失效(xiao)。此(ci)外，高(gao)温(wen)使银(yin)涂层发(fa)生(sheng)氧(yang)化(hua)反应，降(jiang)低(di)了(le)银涂(tu)层润(run)滑(hua)性能，氧(yang)化(hua)膜(mo)脱(tuo)落(luo)加剧了(le)工作(zuo)过(guo)程中的磨(mo)粒(li)磨损(sun)。QIN 等(deng)[43]在探(tan)索(suo)采用电(dian)镀(du)工(gong)艺(yi)制(zhi)备(bei)的银(yin)涂(tu)层的(de)减(jian)磨(mo)性(xing)能(neng)时同样发现，银(yin)涂(tu)层在(zai)高温(wen)和磨(mo)损(sun)过(guo)程中(zhong)因摩擦(ca)产(chan)生的大量(liang)热量的(de)共(gong)同作用下(xia)出现了(le)快(kuai)速(su)软(ruan)化的情况(kuang)，塑(su)性变形加(jia)剧，较多区(qu)域的(de)银(yin)涂(tu)层因(yin)磨损出现转(zhuan)移和(he)剥落(luo)现象，配(pei)副(fu)与基体出(chu)现直(zhi)接接触(chu)。
常(chang)温(wen)和 350℃条件下(xia)，部分(fen)区(qu)域(yu)银(yin)涂(tu)层(ceng)也因(yin)磨(mo)损(sun)出现(xian)了剥落和转移(yi)的情(qing)况，导(dao)致(zhi)配副与基(ji)体出现(xian)了直接接(jie)触。RT（常温）、350 ℃、600 ℃下的试(shi)样(yang)磨(mo)损后(hou)表(biao)面(mian)形(xing)貌如图(tu) 6 所(suo)示。周红(hong)等(deng)[44]在(zai)对通(tong)过电火(huo)花沉(chen)积(ji)工艺制(zhi)备的银(yin)涂层进行摩擦磨(mo)损(sun)性(xing)能进行(xing)研究(jiu)时还(hai)发(fa)现，在常(chang)温摩擦磨(mo)损过程中(zhong)，随(sui)着(zhe)载荷(he)越大，银(yin)涂层(ceng)发(fa)生(sheng)塑(su)性变(bian)形(xing)越(yue)大(da)，银的再结晶温度(du)越低，大(da)量银颗粒(li)由(you)此(ci)产生，部(bu)分(fen)银(yin)涂(tu)层出现剥落和(he)转移(yi)，基(ji)体逐(zhu)渐暴(bao)露(lu)，摩(mo)擦因(yin)数(shu)上升(sheng)。在(zai)高(gao)温(wen)摩(mo)擦(ca)磨损过程中(zhong)，大(da)载荷使银涂层(ceng)发(fa)生(sheng)严重(zhong)塑性(xing)变(bian)形(xing)，银(yin)的(de)熔点下(xia)降，摩(mo)擦过程(cheng)产生的较(jiao)高(gao)温度促(cu)使银熔化(hua)结晶(jing)形成(cheng)银颗(ke)粒(li)，导致银(yin)涂层(ceng)发生(sheng)转移和磨(mo)粒(li)磨损，进而银(yin)涂层发生(sheng)失(shi)效(xiao)；高温还(hai)使银(yin)涂层(ceng)部(bu)分发(fa)生氧化。银涂层(ceng)失效后(hou)的磨痕形(xing)貌(mao)如(ru)图(tu) 7 所(suo)示(shi)。对(dui)图 7a 进行能谱分(fen)析(xi)可知，灰(hui)色(se)区域(yu)主(zhu)要(yao)元(yuan)素为(wei) Ag，黑(hei)色区(qu)域 Fe 元素含(han)量(liang)较(jiao)高，这(zhe)表(biao)明(ming)黑色(se)区(qu)域(yu)涂层已(yi)消失(shi)；对图(tu) 7c 中白(bai)色(se)颗(ke)粒进行能(neng)谱分析可知，颗粒的(de)主(zhu)要元素为(wei) Ag，表明(ming)银(yin)涂(tu)层在磨(mo)损过程(cheng)中会逐(zhu)渐(jian)变成银颗粒而发生(sheng)脱落(luo)或(huo)转(zhuan)移(yi)。此(ci)外(wai)，在(zai)研(yan)究(jiu)TiN-Ag 球(qiu)盘(pan)摩擦磨(mo)损(sun)行(xing)为时还发现(xian)，对(dui)于电(dian)镀(du)工(gong)艺(yi)得到(dao)的银(yin)涂(tu)层，大(da)载荷(he)和高转(zhuan)速(su)使银涂(tu)层出现块(kuai)状(zhuang)剥(bo)落，表(biao)面(mian)接(jie)触面(mian)间的(de)粘着(zhe)作(zuo)用(yong)增强，划(hua)痕(hen)变(bian)深，数(shu)量(liang)增多，磨粒磨损(sun)加(jia)剧[45]。
2、 银(yin)涂层与(yu)复合(he)增(zeng)强涂(tu)层制(zhi)备技术
2.1 单一(yi)银涂(tu)层制备技(ji)术
航空发动(dong)机处于工(gong)作(zuo)过(guo)程(cheng)中时(shi)会(hui)产(chan)生振动(dong)，使得航空发(fa)动(dong)机紧固件在(zai)工作(zuo)过程伴(ban)有微动(dong)磨损和(he)磨粒磨(mo)损；因常工(gong)作(zuo)于(yu)高温环境(jing)中，覆(fu)盖(gai)于(yu)紧固件(jian)上的(de)涂(tu)层(ceng)会(hui)发生(sheng)氧(yang)化(hua)。此外(wai)，紧(jin)固件内部(bu)因存在(zai)较(jiao)大接(jie)触应力(li)，还(hai)会产(chan)生(sheng)粘着(zhe)磨(mo)损。高温时(shi)还会(hui)使银(yin)涂(tu)层(ceng)软(ruan)化(hua)，过(guo)度形变(bian)、剥落(luo)等失(shi)效(xiao)问(wen)题(ti)频发，已(yi)无(wu)法满足(zu)使用需(xu)求(qiu)，其性(xing)能亟待提(ti)高(gao)。
研究人员在大量(liang)研(yan)究的(de)基(ji)础上(shang)发现，工(gong)艺(yi)优(you)化和(he)材料(liao)复合(he)是(shi)提(ti)高(gao)银(yin)涂层(ceng)高温(wen)下润(run)滑能力(li)最有效的(de)两(liang)个(ge)措施。用(yong)磁(ci)控(kong)溅(jian)射工艺替代(dai)电镀工(gong)艺可以有(you)效改善银(yin)涂层与(yu)基(ji)体(ti)的(de)结(jie)合力、厚(hou)度均匀性(xing)、硬(ying)度和(he)显微(wei)结构。
TRONCI [46]采(cai)用(yong)电镀(du)工艺制备(bei)了银涂层(ceng)，并开(kai)展了摩擦学测(ce)试。结(jie)果发现，在常(chang)温环境(jing)下(xia)，银涂层具有(you)足够(gou)的保护(hu)能力。高温环境下的测(ce)试(shi)结果表明，银(yin)涂层因失(shi)效无(wu)法起(qi)到保护(hu)作(zuo)用(yong)，且经 600 ℃热循(xun)环(huan)测(ce)试(shi)后(hou)，样(yang)件(jian)表(biao)面(mian)摩擦因数(shu)显(xian)著上(shang)升(sheng)。作(zuo)者分(fen)析(xi)出现(xian)这种(zhong)情(qing)况的(de)原(yuan)因(yin)可(ke)能有两(liang)个(ge)，银涂(tu)层(ceng)因高(gao)温(wen)和重(zhong)复使用部分发生(sheng)剥(bo)落，而剩余(yu)银(yin)涂(tu)层因(yin)热老(lao)化和(he)退火变(bian)得更易转移(yi)到(dao)配(pei)副或剥落。尽管银(yin)熔点(dian)较高，但(dan)高(gao)温(wen)会对银涂层(ceng)的(de)硬度(du)和(he)结合(he)力(li)产(chan)生(sheng)影响。银涂层(ceng)目前(qian)常用(yong)的制(zhi)备(bei)工艺(yi)是电镀，电(dian)镀(du)工艺具(ju)有厚(hou)度(du)不(bu)均(jun)匀和结合强度(du)差(cha)等缺(que)点(dian)。SLINEY[47]在(zai)研究中(zhong)发(fa)现(xian)，过(guo)厚的(de)银涂(tu)层(ceng)在实(shi)际工作过程(cheng)中(zhong)会因过度(du)变形(xing)，导(dao)致(zhi)尺寸(cun)精(jing)度(du)被破坏(huai)，摩擦(ca)因(yin)数(shu)增大。CHEN 等[48-49]采(cai)用磁控(kong)溅射(she)工艺代替电(dian)镀(du)工(gong)艺(yi)制备(bei)了银(yin)涂层，研究(jiu)发(fa)现，磁控(kong)溅射(she)工艺得(de)到的(de)银涂(tu)层晶(jing)粒(li)更为(wei)细(xi)腻(ni)，缺(que)陷更少，厚度均(jun)匀(yun)性也更好。磁(ci)控溅射工(gong)艺得(de)到(dao)的(de)银(yin)涂(tu)层与电镀工艺得到的(de)银(yin)镀(du)层(ceng)结(jie)合强(qiang)度(du)、硬度的对比(bi)结果也(ye)表明(ming)，常(chang)温下磁(ci)控(kong)溅(jian)射工艺(yi)得到的(de)银涂(tu)层(ceng)硬(ying)度可提高45.5%，结(jie)合(he)强(qiang)度可(ke)提(ti)高 3 倍(bei)，两(liang)种工艺得(de)到的(de)银涂层(ceng)的结合(he)力(li)对比如图 8 所(suo)示，显(xian)微硬(ying)度(du)对比如(ru)图 9 所(suo)示。
综上(shang)，与电镀(du)工艺得到的银(yin)涂层相(xiang)比(bi)，磁(ci)控(kong)溅(jian)射(she)工(gong)艺得(de)到(dao)的银涂(tu)层(ceng)在结构(gou)方面，具有更为均(jun)匀和(he)精(jing)细(xi)的(de)结(jie)构(gou)，且内部(bu)出(chu)现缺(que)陷(xian)的情况减(jian)轻(qing)；在(zai)工艺(yi)性(xing)方面(mian)，尺寸(cun)控制(zhi)更(geng)精准(zhun)，厚(hou)度均匀(yun)性也更(geng)占(zhan)优势；在(zai)性(xing)能(neng)方面(mian)，与基体结合(he)强度出(chu)现(xian)提(ti)高(gao)，在热(re)循(xun)环(huan)后的硬(ying)度(du)更高。采(cai)用磁(ci)控(kong)溅(jian)射(she)工(gong)艺(yi)得到(dao)银涂(tu)层(ceng)在高(gao)温(wen)下(xia)不容(rong)易发生(sheng)剥(bo)落和(he)过(guo)度形(xing)变(bian)，具(ju)有(you)更(geng)优(you)的耐磨(mo)性(xing)。因此(ci)，采(cai)用(yong)磁控溅射(she)工艺制备的银(yin)涂层(ceng)更适(shi)合(he)于(yu)高(gao)温环(huan)境下的(de)紧固件保(bao)护(hu)[12, 50]。
2.2 复(fu)合(he)增强(qiang)涂(tu)层(ceng)制备技(ji)术(shu)
在银涂(tu)层中(zhong)掺杂高(gao)硬(ying)度(du)或具有(you)较优(you)润滑性(xing)能的(de)材(cai)料，可(ke)以有(you)效(xiao)提高涂(tu)层(ceng)的(de)润(run)滑能力，与其(qi)他(ta)固体(ti)润(run)滑剂混(hun)合也(ye)可以有(you)效改善(shan)涂(tu)层的(de)润滑能力(li)。
为(wei)寻找合适的(de)复(fu)合(he)材(cai)料，SLINEY[47]采用等(deng)离子(zi)喷涂(tu)工(gong)艺制备(bei)纯银(yin)与镍铬(ge)合金(jin)、玻璃润(run)滑(hua)镍基高温合金复合涂层(ceng)，并开展(zhan) 430 ℃摩擦学(xue)测试。结(jie)果(guo)表明；镍(nie)铬(ge)合(he)金可(ke)以通过提(ti)高银(yin)涂层的硬度(du)来提高(gao)银涂(tu)层(ceng)的润(run)滑(hua)能(neng)力(li)；玻璃(li)润滑(hua)镍基高温合(he)金可(ke)以通过(guo)在(zai)银涂(tu)层与(yu)配(pei)副(fu)接(jie)触(chu)表面(mian)成釉(you)来提(ti)高(gao)银涂(tu)层(ceng)的润(run)滑能力(li)。此(ci)外(wai)，还对(dui)通(tong)过等离(li)子(zi)喷涂工(gong)艺制备的纯银(yin)与(yu) CaF2 复(fu)合涂层(ceng)开(kai)展(zhan)了 430 ℃摩(mo)擦学测试(shi)试(shi)验(yan)，结(jie)果(guo)表明(ming)，CaF2 可(ke)以通(tong)过提高银涂层(ceng)的(de)高(gao)温(wen)润(run)滑(hua)能力(li)来提(ti)高银涂(tu)层的润(run)滑能(neng)力(li)。针(zhen)对润(run)滑性能较(jiao)好(hao)的(de)材料，CHEN 等[51]尝试(shi)在电镀(du)工艺制(zhi)备(bei)的银(yin)涂(tu)层(ceng)摩擦磨损过程中(zhong)添(tian)加(jia)聚苯(ben)胺（PAN）润滑(hua)脂(zhi)来(lai)提高润(run)滑性(xing)能。研(yan)究(jiu)发(fa)现，PAN 润(run)滑(hua)脂(zhi)的(de)银涂层在工(gong)作(zuo)过(guo)程中会(hui)形(xing)成(cheng)边(bian)界润(run)滑(hua)膜，能够(gou)有效(xiao)提高(gao)减磨(mo)能力，磨(mo)痕宽度(du)也(ye)有(you)所减小，润滑(hua)脂(zhi)添(tian)加(jia)前(qian)后试样(yang)磨(mo)痕(hen)宽(kuan)度对比如图 10 所示。ZHU 等[52]在研究过(guo)程中(zhong)发(fa)现(xian)，将(jiang) Ag 与BaF2 / CaF2 共晶进(jin)行混合可以形(xing)成宽(kuan)温(wen)度范(fan)围(wei)条件(jian)下的复合润滑(hua)剂，可以充分(fen)利用(yong) Ag 在(zai) 500 ℃以下良好的(de)润(run)滑作(zuo)用和 BaF2 / CaF2 共晶(jing)在 450 ℃以(yi)上良好(hao)的(de)润(run)滑作(zuo)用， 该复合润滑剂可以从室温(wen)到1 000 ℃提供(gong)良好的润滑(hua)性。
综(zong)上，添加增(zeng)强材(cai)料(liao)可(ke)以有(you)效提高(gao)银(yin)涂(tu)层的(de)硬(ying)度、润滑(hua)性(xing)等基(ji)础性(xing)能(neng)，提(ti)高银(yin)涂(tu)层(ceng)抵抗(kang)破坏(huai)的能(neng)力。在摩(mo)擦磨(mo)损过(guo)程中辅以润滑(hua)脂可(ke)以减轻(qing)银涂层(ceng)在(zai)工(gong)作(zuo)过程(cheng)中表(biao)面(mian)因磨(mo)损(sun)而(er)出现裂(lie)纹等(deng)破(po)坏形式(shi)的(de)情况(kuang)，提(ti)高银(yin)涂层(ceng)的减(jian)磨(mo)能(neng)力。此(ci)外，将(jiang)银(yin)涂(tu)层与(yu)其(qi)他(ta)工作温(wen)度(du)范(fan)围的(de)优(you)异润(run)滑(hua)剂(ji)共(gong)混(hun)，对银(yin)涂层(ceng)扩展润(run)滑(hua)能(neng)力(li)的有效工作温(wen)度(du)和(he)增(zeng)加(jia)有效工(gong)作时(shi)长具(ju)有十分(fen)可(ke)观的作(zuo)用。
3 、高(gao)温(wen)替代涂(tu)层(ceng)
除(chu)对(dui)银(yin)涂(tu)层(ceng)进(jin)行(xing)优(you)化(hua)之(zhi)外(wai)，还可(ke)寻(xun)找高(gao)温(wen)下润(run)滑性能(neng)良好(hao)的替代(dai)涂层(ceng)。为(wei)了寻找(zhao)高温(wen)环境中用(yong)于紧固(gu)件保护(hu)的银(yin)涂(tu)层的(de)替(ti)代(dai)涂层(ceng)材(cai)料，学者们(men)也进行(xing)了(le)诸(zhu)多(duo)研究。大(da)量(liang)试验证明(ming)，含(han)铬(ge)、钛或铝的涂(tu)层作(zuo)为应用(yong)于(yu)高(gao)温(wen)工(gong)作环境(jing)中(zhong)的(de)涂(tu)层(ceng)，除(chu)具(ju)有(you)良(liang)好的硬(ying)度、结(jie)合(he)力等性能(neng)之(zhi)外，润滑性能(neng)也(ye)较为优(you)异(yi)。
上(shang)述三(san)种(zhong)涂(tu)层可能替(ti)代(dai)银涂层(ceng)成(cheng)为(wei)高(gao)温环境(jing)中(zhong)紧固件(jian)保(bao)护涂(tu)层(ceng)。
3.1 高硬度(du)特性涂(tu)层(ceng)
研究人(ren)员针对(dui)含 Cr 涂(tu)层的(de)高(gao)温润滑(hua)性能(neng)做(zuo)了大(da)量(liang)研(yan)究。ZHOU 等[53-57]分(fen)别采用不(bu)同的(de)工艺（激(ji)光熔(rong)覆(fu)、电镀(du)）制备了 NiCrBSi 涂(tu)层、NiCrBSi / WC-Ni复合(he)涂(tu)层(ceng)和(he)硬铬涂层。结果(guo)均发现：在处(chu)于(yu)高(gao)温环境(jing)中(zhong)时，涂层表(biao)面(mian)因(yin)铬的存(cun)在(zai)仍会(hui)保(bao)持较高的(de)硬度(du)，不易(yi)因(yin)涂层变软而(er)出(chu)现变(bian)形(xing)和(he)凹坑(keng)，NiCrBSi 涂(tu)层(ceng)、NiCrBSi / WC-Ni复(fu)合涂(tu)层(ceng)的显微(wei)硬度(du)如图(tu)11所示。
此(ci)外，还研(yan)究了(le)含(han) Ti 涂(tu)层在(zai)高(gao)温(wen)下(xia)的(de)润(run)滑性能，ZHOU 等(deng)[58-61]分别采(cai)用(yong)不(bu)同的工艺(yi)（非(fei)真(zhen)空(kong)电子(zi)束熔(rong)覆(fu)、冷喷(pen)涂）制备了(le) Ti-41Al-7Cr 涂(tu)层(ceng)、Ti 涂层，结(jie)果(guo)均(jun)发现(xian)，在处于高(gao)温环(huan)境(jing)中(zhong)时(shi)，Ti 会(hui)被氧(yang)化形(xing)成 TiO2，TiO2 可以(yi)提高涂(tu)层(ceng)的(de)硬度(du)；在(zai)摩(mo)擦(ca)作用下，TiO2 小颗粒(li)会导(dao)致金属(shu)碎(sui)屑破(po)碎，减(jian)小(xiao)磨粒磨(mo)损带来的危害(hai)，提高(gao)涂层(ceng)减磨耐(nai)磨能(neng)力提(ti)高。此(ci)外(wai)，TRONCI[46]采用(yong)磁(ci)控溅(jian)射(she)工(gong)艺(yi)制(zhi)备了(le)含铬涂(tu)层(ceng)，高温(wen)下(xia)热(re)循环后(hou)的(de)具(ju)有(you)较优(you)的(de)硬(ying)度，钛(tai)涂层的(de)显(xian)微(wei)硬(ying)度变(bian)化如图(tu) 12 所(suo)示(shi)。
3.2 高温(wen)特种氧(yang)化涂(tu)层(ceng)
为探究(jiu)含 Al 涂层在高(gao)温下(xia)的(de)润(run)滑性(xing)能，WU等[62-65]分别(bie)采(cai)用(yong)不(bu)同的(de)工艺(yi)（阴极(ji)电弧(hu)蒸(zheng)发沉积、激(ji)光熔覆、大(da)气(qi)等(deng)离(li)子(zi)喷(pen)涂）制(zhi)备了(le) Ti0.53Al0.47N涂层(ceng)、FeCoCrNiMnAlx 涂(tu)层(ceng)、NiAl-MoO / CuO 复合(he)涂层(ceng)，结(jie)果(guo)均发现(xian)，在处于高温(wen)环境中时，Al 会被(bei)氧化形(xing)成 Al2O3，Ti0.53Al0.47N 在不(bu)同(tong)温度(du)下(xia)的(de)氧化膜厚度变(bian)化(hua)如图 13 所(suo)示(shi)。覆(fu)盖在(zai)涂(tu)层上的(de) Al2O3氧(yang)化皮除(chu)了(le)可(ke)以(yi)通过(guo)成釉(you)提高摩擦(ca)副接(jie)触面(mian)处的润(run)滑(hua)性(xing)能(neng)，提(ti)高涂层韧性(xing)，从(cong)而使(shi)得(de)裂纹不(bu)易产生(sheng)和(he)拓(tuo)展(zhan)之(zhi)外，还(hai)可(ke)以减(jian)少涂层与配(pei)副(fu)的直(zhi)接(jie)接触(chu)面积(ji)，提高(gao)涂(tu)层(ceng)抵抗破坏(huai)的(de)能(neng)力(li)。
综(zong)上，铬(ge)元素和钛(tai)元素作(zuo)为(wei)高硬(ying)度(du)特性(xing)涂(tu)层中的代(dai)表元(yuan)素，可以使保护(hu)涂(tu)层在高温(wen)环(huan)境(jing)下(xia)具有(you)相(xiang)对较高的(de)硬(ying)度，且钛(tai)在(zai)高(gao)温(wen)环(huan)境下形成的高(gao)硬(ying)度氧化物颗(ke)粒还可(ke)以破(po)坏参与磨(mo)粒磨损(sun)过(guo)程的(de)碎(sui)屑，减小磨粒磨(mo)损带(dai)来(lai)的影(ying)响；铝元(yuan)素作为高温特(te)种(zhong)氧化涂(tu)层(ceng)中(zhong)的代(dai)表元素(su)，在(zai)高温环境(jing)下形(xing)成的(de)氧化(hua)物(wu)釉层可以增(zeng)强(qiang)保(bao)护(hu)涂(tu)层(ceng)的润(run)滑(hua)特性(xing)，且(qie)铝在高温(wen)环境(jing)下(xia)形成的氧化(hua)物层可(ke)以(yi)减(jian)少涂(tu)层与(yu)配(pei)副直接(jie)接(jie)触的面积。高硬度(du)特(te)性(xing)和(he)高(gao)温氧(yang)化(hua)特(te)性可能(neng)使(shi)含铬(ge)涂(tu)层(ceng)、含钛(tai)涂(tu)层、含(han)铝涂层在高温(wen)环境中具有比(bi)银(yin)涂层更优异(yi)的(de)保(bao)护能(neng)力(li)，可(ke)以尝(chang)试(shi)作为航(hang)空发(fa)动机(ji)紧固件的(de)替(ti)代保护涂层。
4、 现用(yong)航(hang)空发(fa)动机紧固件失效分析及(ji)研(yan)究(jiu)现状
4.1 失效机(ji)制分析(xi)
在(zai)实际(ji)使(shi)用(yong)过程(cheng)中(zhong)因(yin)存在应(ying)力集(ji)中等现象(xiang)，会(hui)出现(xian)涂(tu)层严(yan)重剥落的(de)情况，导致紧(jin)固件(jian)失效。因此，须对(dui)使用过程中得(de)到的失(shi)效(xiao)螺(luo)母进(jin)行分析(xi)。为了分(fen)析(xi)银涂层(ceng)在实(shi)际(ji)工作(zuo)过程中(zhong)的摩(mo)擦(ca)学(xue)行为(wei)，得(de)到现用航空发动机紧(jin)固(gu)件失(shi)效(xiao)原因，本(ben)文(wen)利用扫描电镜(jing)对银涂(tu)层(ceng)失效(xiao)螺(luo)母表面进行(xing)观(guan)察(cha)，并(bing)对其(qi)中部分区(qu)域(yu)进(jin)行(xing) EDS 能(neng)谱(pu)分析；利用(yong)金(jin)相显(xian)微(wei)镜对失(shi)效(xiao)螺(luo)母(mu)侧面(mian)进(jin)行观察。该(gai)失(shi)效螺母为(wei)随(sui)航(hang)空(kong)发动机在(zai) 650 ℃下试验(yan)十(shi)几(ji)个(ge)小(xiao)时后得(de)到(dao)。螺栓的材料为(wei)钴(gu)基(ji)高温合(he)金(jin)，螺母的材料为镍(nie)基(ji)高(gao)温合金(jin)。银涂层(ceng)为通(tong)过(guo)电镀工(gong)艺(yi)制备(bei)得到(dao)，厚(hou)度为 5～8 μm。
样品表面(mian)形(xing)貌如(ru)图(tu) 14 所示(shi)。选择(ze)样品(pin)螺(luo)纹(wen)中 3处(chu)磨(mo)损相(xiang)对(dui)严(yan)重(zhong)的位置扫(sao)描(miao)电(dian)镜(jing)分(fen)析，如(ru)图(tu) 14 中螺母样(yang)品(pin)标(biao)示(shi)框。从图中(zhong)可(ke)以看出，因(yin)为自锁效(xiao)果(guo)的存(cun)在(zai)，银(yin)涂(tu)层(ceng)发(fa)生了形变(bian)，且(qie)在(zai)表面有(you)凹(ao)坑(keng)出(chu)现(xian)，部(bu)分(fen)银涂层(ceng)甚(shen)至(zhi)出现了(le)剥落(luo)现象(xiang)。同(tong)时对(dui)图(tu)中磨损严重(zhong)的(de)位置进(jin)行(xing)了(le) EDS 能(neng)谱分(fen)析，结果表(biao)明，银涂层(ceng)除(chu)发生剥落现象(xiang)之外(wai)，还(hai)有部分(fen)被氧化(hua)；配副(fu)碎(sui)屑粘着(zhe)到(dao)了银(yin)涂(tu)层(ceng)上。另(ling)选(xuan)取(qu)螺母制(zhi)样(yang)后样(yang)品(pin)上几处出(chu)现(xian)明(ming)显缺陷(xian)的(de)地方进(jin)行金相显微(wei)镜(jing)分(fen)析，如图15 所示。从(cong)图(tu)中可以(yi)发(fa)现，挤(ji)压作用(yong)的存在(zai)，使(shi)得(de)螺纹顶(ding)部(bu)、螺(luo)纹底(di)部、螺(luo)纹(wen)侧(ce)面的(de)基体(ti)发生了(le)一定的(de)形变，螺(luo)纹顶(ding)部(bu)是(shi)形(xing)变(bian)最(zui)严重的(de)地方(fang)；挤(ji)压(ya)和磨损(sun)交互(hu)作用的存在使(shi)得覆(fu)盖于基(ji)体(ti)的(de)涂(tu)层出现了缺口(kou)和完(wan)全脱(tuo)落现(xian)象(xiang)；银(yin)涂层在(zai)制备过程(cheng)或(huo)工作过(guo)程(cheng)
中(zhong)引(yin)入了杂质(zhi)颗粒和空洞(dong)。
4.2 失(shi)效机(ji)制研(yan)究现状(zhuang)
银涂(tu)层作(zuo)为(wei)高温(wen)（600℃以(yi)上）下最(zui)常(chang)用(yong)的(de)紧(jin)固(gu)件(jian)保护涂层，失效(xiao)仍时有发(fa)生。为提出失效(xiao)问题(ti)的有效解(jie)决办法(fa)，许多(duo)学(xue)者(zhe)对覆(fu)盖于紧(jin)固件上(shang)的银涂(tu)层在高(gao)温(wen)工作环(huan)境(jing)中(zhong)的失(shi)效(xiao)机(ji)制进行(xing)了(le)研究(jiu)。邱(qiu)星瀚等(deng)[42]对应用于航空发(fa)动(dong)机的紧(jin)固件(jian)电(dian)镀银涂层的(de)失效(xiao)形(xing)貌进行分析时(shi)发(fa)现(xian)，银因具有较(jiao)高(gao)的(de)扩(kuo)散(san)率(lv)，在高温(wen)工作(zuo)环境中，银涂(tu)层(ceng)内部会(hui)因(yin)材(cai)料聚(ju)集而(er)产生(sheng)的孔洞(dong)，孔(kong)洞的(de)产生导(dao)致涂(tu)层的结合(he)力(li)降(jiang)低(di)，在(zai)循环载荷和(he)磨损(sun)的(de)作用下，还会(hui)导(dao)致(zhi)孔洞(dong)塌(ta)陷，进(jin)而(er)出(chu)现凹坑(keng)和裂(lie)纹，甚至(zhi)还(hai)会出现(xian)银(yin)涂(tu)层脱(tuo)落失效的(de)情况，此外(wai)，孔洞(dong)的(de)出现(xian)也会(hui)加速(su)银(yin)涂(tu)层(ceng)内部和基体(ti)氧(yang)化，进(jin)一(yi)步使(shi)银(yin)涂(tu)层(ceng)的结合(he)力(li)降(jiang)低(di)。紧固(gu)件(jian)侧(ce)面(mian)形(xing)貌及(ji)元素(su)线(xian)扫(sao)描(miao)结果(guo)如(ru)图 16 所(suo)示(shi)。而(er)二(er)硫化(hua)钼涂层(ceng)作(zuo)为低温(wen)（150 ℃以下）下(xia)最(zui)常(chang)用(yong)的紧固件保护涂层(ceng)，失效也时有发(fa)生(sheng)。LIU 等(deng)[31-32, 66]对表面通(tong)过(guo)喷涂(tu)工艺制(zhi)备有(you) MoS2 涂(tu)层(ceng)的紧固件失效件进行了观察(cha)。在(zai)较低(di)初始拧(ning)紧(jin)扭(niu)矩条(tiao)件(jian)下的样品表面形(xing)貌(mao)和 A、B 两处 EDS 能谱分(fen)析结(jie)果如(ru)图(tu) 17 所(suo)示(shi)。结(jie)果(guo)表(biao)明，低(di)的初始(shi)拧(ning)紧(jin)扭矩(ju)使区域(yu)（Ⅰ）处的(de)磨损(sun)加剧，涂(tu)层(ceng)被完全去(qu)除(chu)，且还(hai)出(chu)现了明(ming)显(xian)的分层现(xian)象(xiang)。B 处(chu)的 EDS 能(neng)谱分析(xi)结果表(biao)明 B 处发(fa)生(sheng)了轻微的氧化反(fan)应(ying)。
除对覆(fu)盖于紧固件(jian)上银涂(tu)层宏(hong)观(guan)失(shi)效行(xing)为进行(xing)探(tan)索(suo)之外，陈爽等[67]还对银(yin)涂(tu)层的微观(guan)摩擦(ca)特(te)性(xing)进(jin)行了(le)分子动(dong)力(li)学(xue)模(mo)拟(ni)，研究(jiu)发现，温度(du)越高，银原(yuan)子(zi)位移越(yue)大(da)且越无序，不(bu)同温(wen)度(du)下的原(yuan)子位移(yi)见(jian)图18 所(suo)示(shi)。但(dan)上(shang)述探究并(bing)未对(dui)银(yin)原子(zi)的在微(wei)观上(shang)的转(zhuan)移、结合(he)能(neng)等(deng)微观表(biao)现(xian)进(jin)行(xing)探索，失(shi)效(xiao)的根本(ben)原因(yin)未(wei)发现(xian)。
综合扫(sao)描电(dian)镜、EDS 能(neng)谱(pu)及(ji)金相(xiang)显(xian)微镜(jing)得(de)到的结果(guo)和(he)学(xue)者(zhe)们的研究(jiu)结果可知(zhi)，高(gao)温(wen)下银涂(tu)层(ceng)软化(hua)和银的高扩(kuo)散(san)率是(shi)涂(tu)层(ceng)失效(xiao)的主要原因[46-48]，软化(hua)会(hui)导致形(xing)变(bian)量(liang)增大，过(guo)度(du)变(bian)形(xing)会(hui)导致银(yin)涂(tu)层表(biao)面(mian)出现凹(ao)坑(keng)和剥落从(cong)而失(shi)效(xiao)；银(yin)材料(liao)本身(shen)高扩(kuo)散(san)率(lv)与高(gao)温(wen)工作环(huan)境(jing)而出(chu)现(xian)的内部有害(hai)孔(kong)洞会导致(zhi)银涂(tu)层(ceng)在工(gong)作过程中磨(mo)损(sun)损(sun)害和氧(yang)化(hua)的加剧(ju)。此(ci)外(wai)，预(yu)处(chu)理、涂层(ceng)制备及(ji)零(ling)件保存(cun)过程(cheng)操(cao)作不(bu)当也(ye)可能(neng)会造(zao)成涂(tu)层(ceng)性能(neng)不(bu)足或(huo)者(zhe)失(shi)效，由螺(luo)母加(jia)工(gong)工艺(yi)而(er)出现(xian)的(de)粗(cu)糙(cao)度(du)和尺(chi)寸问(wen)题(ti)会导(dao)致(zhi)应力(li)集(ji)中(zhong)现象和(he)银涂层结(jie)合力(li)不足(zu)的(de)情况(kuang)，加(jia)速(su)涂(tu)层(ceng)失效。但(dan)上(shang)述(shu)失效(xiao)原(yuan)因(yin)分(fen)析(xi)具(ju)有一(yi)定局限性(xing)，仅针(zhen)对(dui)银涂层在测试或(huo)应(ying)用中(zhong)的宏观表(biao)现，未对(dui)银(yin)涂层原子(zi)在微观(guan)层面的表(biao)现进(jin)行(xing)分(fen)析。为了(le)进一(yi)步(bu)明确(que)银涂层(ceng)失(shi)效机理，还须(xu)对银(yin)涂层原子的摩擦(ca)磨(mo)损(sun)过程进(jin)行(xing)分子(zi)动力学(xue)模(mo)拟，对(dui)银(yin)原(yuan)子转移(yi)和(he)涂(tu)层与(yu)基(ji)体的(de)结(jie)合(he)能变化等进(jin)行观(guan)察和(he)分(fen)析(xi)，以得出更(geng)符合事(shi)实的结论(lun)。
5 、结(jie)论(lun)与展望
涂层(ceng)保护(hu)技(ji)术(shu)在航空(kong)发动(dong)机(ji)紧固(gu)件(jian)领域(yu)的使用效(xiao)果(guo)已(yi)经得到(dao)了广(guang)泛(fan)认可。银涂(tu)层作为使用(yong)最为(wei)广泛(fan)的(de)一(yi)种(zhong)高(gao)温(wen)保护(hu)涂(tu)层(ceng)，仍会(hui)出现(xian)变(bian)形、剥落等(deng)失效问题，这表明应(ying)用(yong)于高(gao)温环(huan)境的(de)涂(tu)层保(bao)护(hu)技术还有待(dai)提(ti)高。针(zhen)对(dui)银涂层的(de)应用(yong)前(qian)景(jing)，提出(chu)以(yi)下展望：
（1）进(jin)行(xing)银涂(tu)层(ceng)原子转移等(deng)微(wei)观(guan)层面的(de)研(yan)究(jiu)。涂层(ceng)的(de)宏(hong)观性(xing)质由涂(tu)层原子(zi)决定，对银(yin)涂层摩擦(ca)磨(mo)损(sun)过(guo)程(cheng)进行(xing)分子(zi)动力学(xue)模拟，对(dui)涂层与配副(fu)交界处(chu)的(de)原(yuan)子转移(yi)情(qing)况(kuang)和涂层(ceng)与(yu)基体(ti)之(zhi)间(jian)的(de)结合能变化(hua)等问(wen)题进行(xing)分析(xi)和探究，对于(yu)探(tan)索(suo)涂层失效(xiao)的(de)根(gen)本原因(yin)，解(jie)决涂层的失效问题(ti)具(ju)有必(bi)要的(de)宏观不可(ke)替(ti)代的作用。
（2）采(cai)用磁控溅射(she)工(gong)艺制备银(yin)涂(tu)层。与(yu)电镀工艺(yi)相比，磁控溅(jian)射工(gong)艺(yi)制得(de)的银(yin)涂(tu)层具(ju)有更优(you)的(de)厚度均(jun)匀性(xing)和结(jie)合(he)强(qiang)度(du)，微(wei)观(guan)结(jie)构(gou)也更(geng)加致密(mi)，可以有(you)效提(ti)高银涂层抵(di)抗(kang)破坏的能力。
（3）尝试(shi)添(tian)加增(zeng)强(qiang)材(cai)料对(dui)银涂层改性或(huo)与其(qi)他固体(ti)润(run)滑(hua)材料(liao)形(xing)成复合润(run)滑涂层(ceng)。通(tong)过添加(jia)具有(you)高(gao)硬度特(te)性(xing)的(de)镍铬(ge)合金、具有(you)自(zi)润滑(hua)特性的(de)聚苯胺等(deng)材料可(ke)以(yi)有效增强(qiang)银(yin)涂(tu)层的硬度或(huo)润(run)滑性(xing)能(neng)，从而提(ti)高(gao)银(yin)涂(tu)层(ceng)的(de)减磨(mo)耐磨(mo)能力(li)；复合(he)润(run)滑(hua)涂(tu)层可以(yi)增(zeng)加(jia)银涂层(ceng)的工(gong)作温度范(fan)围(wei)。
（4）开(kai)发含铬、钛或(huo)铝等(deng)高(gao)硬度特(te)性(xing)或(huo)高温特(te)种氧化涂层(ceng)。铬、钛作为涂(tu)层组(zu)成(cheng)材(cai)料，可(ke)以提高(gao)涂(tu)层的硬(ying)度，铝在(zai)高温(wen)下(xia)形(xing)成的氧化(hua)物(wu)釉(you)层，具(ju)有(you)出色(se)的润滑效(xiao)果(guo)，由(you)其组成(cheng)的(de)涂层(ceng)减(jian)磨耐磨(mo)能(neng)力十(shi)分可观，可尝(chang)试(shi)将(jiang)上(shang)述(shu)涂(tu)层作(zuo)为(wei)紧(jin)固件(jian)的新(xin)型保护(hu)涂(tu)层。
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作(zuo)者简(jian)介(jie)：刘(liu)燕，女，1985 年出(chu)生(sheng)，博(bo)士(shi)，高级(ji)工程师(shi)。主(zhu)要研(yan)究方向(xiang)为(wei)材(cai)料(liao)表面技术(shu)。
E-mail: aliya0719@http://www.gzhwkf.com
段(duan)海(hai)涛(tao)（通(tong)信作(zuo)者(zhe)），男(nan)，1981 年(nian)出(chu)生(sheng)，博士(shi)，研究(jiu)员。主(zhu)要研(yan)究(jiu)方(fang)向(xiang)为(wei)材料(liao)摩擦学和表(biao)面(mian)涂(tu)层(ceng)技(ji)术(shu)。
E-mail: duanhaitao2007@163. com
相(xiang)关链(lian)接(jie)
