本發(fā)明涉及插在彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)的由鎳制成或由鎳合金制成或由鈷-鉻合金制成的兩個(gè)部件之間的調(diào)節(jié)界面(interface d’adaptation)。該界面能夠減少這些部件之間的摩擦造成的兩個(gè)部件的表面磨損。本發(fā)明還涉及能夠獲得該界面的方法。

本發(fā)明更具體涉及插在彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)的由鎳制成或由鎳合金制成或由鈷-鉻合金制成的兩個(gè)部件之間的高溫摩擦調(diào)節(jié)界面。該界面使得能夠降低在含氧氣氛中在高溫(即300℃至650℃)下兩個(gè)部件之間的摩擦造成的兩個(gè)部件的表面磨損。這種界面特別適于在需要特殊摩擦學(xué)性能的應(yīng)用中使用的部件。

背景技術(shù)：

鎳合金如Inconel 718(注冊(cè)商標(biāo))因其在高溫下的機(jī)械強(qiáng)度和對(duì)高溫下氧化的耐受性而具有在航空工業(yè)中高度合意的性質(zhì)。

但是，鎳合金具有與顯著的刮擦傾向相關(guān)聯(lián)的非常差的摩擦行為，以及對(duì)刮痕效果的高敏感性，并且它們的用途特別限于需要在高溫下特殊的摩擦學(xué)性能的應(yīng)用。

在航空工業(yè)中，在發(fā)動(dòng)機(jī)與塔架組件之間在高溫下起作用的鉸接接合(liaisons d’articulation)通過(guò)由球形接頭(rotule)、軸和環(huán)構(gòu)成的組裝件來(lái)提供。構(gòu)成該系統(tǒng)的部件可以由鎳合金如Inconel 718制造。

該球形接頭系統(tǒng)通常包含凹形部件和由軸承載的球形部件。容納在該凹形部件中的球形部件通過(guò)在所有方向上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)；球形部件的表面與凹形部件的表面彼此永久性摩擦。

在球形接頭系統(tǒng)的情況下和在其它類(lèi)似類(lèi)型的系統(tǒng)中，主要區(qū)分兩種類(lèi)型的摩擦磨損，通常為約幾微米至幾十毫米數(shù)量級(jí)的極低振幅摩擦造成的磨損，也稱為微動(dòng)磨損或在負(fù)載下的振動(dòng)摩擦磨損，以及附加的 滑動(dòng)磨損，其運(yùn)動(dòng)幅度達(dá)到幾十毫米。摩擦磨損由接觸并傾向于粘在一起的摩擦面上存在的細(xì)微凹凸形成。當(dāng)局部施加的載荷高并且在其中摩擦表面的材料具有類(lèi)似組成的情況下，該摩擦引起表面磨損和劣化，其可能達(dá)到該軸或該球形接頭磨損的程度。當(dāng)這些部件由鎳合金制成時(shí)，這些磨損現(xiàn)象甚至更高。此外，環(huán)境的高溫(300℃至650℃)有利于出現(xiàn)最終導(dǎo)致磨損情況的粘著磨損。

因此合意的是對(duì)經(jīng)受連續(xù)摩擦的系統(tǒng)，對(duì)鎳或鎳合金或鈷-鉻合金制成的部件進(jìn)行表面處理。

本申請(qǐng)人于2006年10月20日提交了一份涉及低溫調(diào)節(jié)界面的專(zhuān)利，其公開(kāi)號(hào)為FR 2 907 468。在該專(zhuān)利中描述的是通過(guò)物理氣相沉積(PVD)法獲得的基于WC-C：H的涂層結(jié)合通過(guò)熱噴涂獲得的銅合金涂層。這種涂層在低于250℃的溫度下令人滿意。另一方面，這些對(duì)界面材料可以證實(shí)在高于一定溫度時(shí)不太有效或甚至無(wú)效，因?yàn)殂~轉(zhuǎn)化為一氧化銅，并且WC-C：H石墨化；因此，鉸接快速磨損，且這種類(lèi)型的界面對(duì)400至650℃的極高溫度導(dǎo)致快速磨損。

因此，本發(fā)明提出了在鎳或鎳合金或鈷-鉻合金制成的兩個(gè)摩擦表面之間的調(diào)節(jié)界面，特別適于球形接頭、軸、環(huán)等等類(lèi)型的部件，旨在容易和均勻方式處理由鎳或鎳合金或鈷鉻合金制成的部件，而不考慮該部件的幾何學(xué)與形狀，并且能夠通過(guò)明智地使用摩擦學(xué)相容且相對(duì)于該部件材料在硬度方面合適的材料，能夠顯著降低高運(yùn)行溫度(即300℃至650℃)的粘著摩擦磨損以改善和保持滑動(dòng)性能，并能夠在運(yùn)行后用手拆卸。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為此，本發(fā)明提出了插在與由鎳制成或由鎳合金制成或由鈷-鉻合金制成的第二部件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的由鎳制成或由鎳合金制成或由鈷-鉻合金制成的第一部件之間的調(diào)節(jié)界面，其特征在于所述界面包含兩個(gè)調(diào)節(jié)層：

-第一調(diào)節(jié)層沉積在兩個(gè)部件之一上，并具有能使其隨著與另一部件的摩擦產(chǎn)生釉質(zhì)類(lèi)型的層的組成；

-第二調(diào)節(jié)層沉積在第二部件上，能通過(guò)充當(dāng)與第一層的摩擦形成的氧化物的催化劑以便與第一層協(xié)作。

該界面的第一釉質(zhì)層改善了該部件在摩擦下的滑動(dòng)。由第二層提供的催化劑功能能夠穩(wěn)定通過(guò)摩擦形成的氧化物，并由此確保在延長(zhǎng)的高溫范圍內(nèi)的潤(rùn)滑功能。在材料領(lǐng)域，“釉質(zhì)(glaze layer)”層如已知那樣是指保護(hù)性氧化物層。當(dāng)兩種金屬在高溫下彼此滑動(dòng)時(shí)形成該層。

該界面可能具有獨(dú)立或組合采用的下列任選特征的至少一種。

所述第一調(diào)節(jié)層是鈷合金層，其鈷含量為至少40％。

所述第一調(diào)節(jié)層是鈷、鉻、鉬和硅的合金。

在該調(diào)節(jié)層的鈷、鉻、鉬和硅的合金中，鈷含量為51％±1％，鉬含量為28％±1％，鉻含量為17％±1％，硅含量為4％±1％。

所述第一層在經(jīng)歷摩擦之前在525℃的最低溫度和650℃的最高溫度下預(yù)氧化。

所述第一層具有低于所述第一部件的硬度，所述第一層包括微孔形貌，使得所述第一層具有經(jīng)由孔隙壓實(shí)機(jī)制調(diào)節(jié)彈塑性性能的作用。

所述第一層具有2％至30％的微孔的整體密度。

所述第一層在磨削后具有50微米至200微米的厚度。

所述第一層具有作為楊氏模量的80GPa的彈性變形。

該第二調(diào)節(jié)層通過(guò)該部件表面處的熱化學(xué)碳擴(kuò)散處理來(lái)制造。

處理的表面由Inconel 718制得。

所述第二調(diào)節(jié)層具有大于850HV的表面硬度。

所述第二調(diào)節(jié)層具有10至15微米的擴(kuò)散深度(處理厚度)，并在該材料深度的前5微米中具有大于800HV的硬度。

本發(fā)明還涉及在由鎳制成或由鎳合金或鈷-鉻合金制成的所述部件上沉積該第一調(diào)節(jié)層的方法。該沉積方法是熱噴涂涂層沉積法，包含以下步驟：

-以使得該部件與該第一調(diào)節(jié)層之間的粘附力承受至少等于35MPa的拉伸應(yīng)力的方式對(duì)該部件的表面施以預(yù)處理，

-由將熔融狀態(tài)的金屬粒子噴涂到部件表面上的一連串過(guò)程形成該 沉積層，所述層是薄層的疊層，各薄層具有15微米的最小厚度。

對(duì)該涂層進(jìn)行磨削以獲得最終尺寸。

在氧組成的氣氛下在525℃的溫度下進(jìn)行噴涂后氧化22小時(shí)。

該第一層具有400HV至500HV的平均硬度。

本發(fā)明還涉及在由鎳制成或由鎳合金或鈷-鉻合金制成的部件上沉積第二調(diào)節(jié)層的方法。該沉積方法由在所述部件表面處的熱化學(xué)碳擴(kuò)散處理方法組成。

本發(fā)明還涉及包含所述調(diào)節(jié)界面的鉸接裝置，所述界面插在構(gòu)成該裝置的具有小的運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度的第一部件與具有大的運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度的第二部件之間，該界面的第一調(diào)節(jié)層應(yīng)用于小的運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度。該界面的第二調(diào)節(jié)層應(yīng)用于大的運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度。

附圖說(shuō)明

通過(guò)參照附圖閱讀借助非限制性實(shí)施例給出的本發(fā)明的界面的以下描述，本發(fā)明的其它目的、優(yōu)點(diǎn)和特征將顯而易見(jiàn)，其中：

-圖1示意性描述彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)部件；

-圖2示意性描述了插在兩個(gè)部件之間的調(diào)節(jié)界面的實(shí)施方案；

-圖3顯示了對(duì)用于該界面的各種類(lèi)型材料隨時(shí)間改變的磨損深度和摩擦系數(shù)的曲線；

-圖4是顯示對(duì)用于該界面的各種類(lèi)型材料在磨損試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的表面破壞的一系列照片。

具體實(shí)施方式

圖1示意性顯示了彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)部件1、2。運(yùn)動(dòng)的幅度可以為幾毫米至幾十毫米不等。運(yùn)動(dòng)學(xué)構(gòu)造類(lèi)似于球形接頭類(lèi)型的機(jī)械系統(tǒng)。通常，區(qū)分具有小的運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度的第一部件1和具有大的運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度的第二部件2。小的運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度由總是位于接觸表面中的點(diǎn)來(lái)限定，大的運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度由周期性位于該接觸表面中的點(diǎn)來(lái)限定。

對(duì)于本說(shuō)明書(shū)的其余部分，具有小的運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度的部件1和具有大的 運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度的部件2分別稱為銷(xiāo)1和槽2。如圖1中通過(guò)箭頭所示，應(yīng)用載荷在銷(xiāo)朝向槽的方向上施加。銷(xiāo)1抵靠槽2的接觸表面的曲率隨施加的載荷的壓力而改變。

根據(jù)本發(fā)明，為了提高由鎳制成或由鎳合金制成或由鈷-鉻合金制成的這些部件的摩擦耐受性并改善滑動(dòng)性能，在彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)部件之間插入處理界面。該界面有利地為兩個(gè)部件的摩擦調(diào)節(jié)界面。

圖2示意性顯示了該調(diào)節(jié)界面的第一實(shí)施方案。該銷(xiāo)1、該槽2和插在該銷(xiāo)與該槽之間的調(diào)節(jié)界面通過(guò)層的堆疊模型化。

該界面包含兩個(gè)調(diào)節(jié)層，其中第一調(diào)節(jié)層4沉積在銷(xiāo)1上，在摩擦學(xué)性能方面與第一調(diào)節(jié)層協(xié)作的第二調(diào)節(jié)層5沉積在槽2上。

有利地，如在本說(shuō)明書(shū)的其余部分中看到的那樣，層4和層5具有互補(bǔ)的性質(zhì)，以便一方面在銷(xiāo)1和槽2之間調(diào)節(jié)硬度，并在另一方面通過(guò)發(fā)揮潤(rùn)滑劑作用來(lái)改善滑動(dòng)。

為此，該第一調(diào)節(jié)層4包括微孔形貌。存在于層4中的微孔8使得能夠捕集液體潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑脂。在銷(xiāo)1和槽2之間的摩擦期間釋放該潤(rùn)滑脂使得第一層4能夠發(fā)揮潤(rùn)滑調(diào)節(jié)功能。

此外，該第一層4的硬度在銷(xiāo)1與第二調(diào)節(jié)層5之間，以便在該銷(xiāo)/第一層界面處和在該第一層/第二層界面處獲得硬度梯度。該硬度梯度使得能夠限制摩擦應(yīng)力，并由此減少摩擦導(dǎo)致的磨損。

為了進(jìn)行比較，圖3顯示了彼此摩擦的兩個(gè)部件表面的行為的特性曲線。用線性往復(fù)式摩擦試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行滑動(dòng)磨損試驗(yàn)。測(cè)試條件對(duì)三個(gè)試驗(yàn)是相同的：

-接觸壓力＝250MPa；

-運(yùn)動(dòng)幅度＝±3毫米；

-頻率＝1Hz；

-溫度＝450℃；

-周期數(shù)＝10 000個(gè)周期。

另一方面，該界面的調(diào)節(jié)層材料在一次試驗(yàn)與下一次試驗(yàn)之間不同，并分別為：

-兩個(gè)層均為Inconel 718；

-一個(gè)層是涂覆有CoCrMoSi的Inconel 718，另一個(gè)層是Inconel718；

-一個(gè)層是涂覆有CoCrMoSi并在525℃下預(yù)氧化的Inconel 718，另一個(gè)層是經(jīng)歷過(guò)碳擴(kuò)散處理的Inconel 718。

在圖3中，第一列規(guī)定了第一部件1(在該情況下為銷(xiāo)1)的界面層的材料，第二列規(guī)定了第二部件2，即槽2的界面層的材料。第三列顯示了隨時(shí)間磨損的區(qū)域的深度。第四列顯示了摩擦系數(shù)隨循環(huán)次數(shù)的改變。

圖4通過(guò)試驗(yàn)后兩個(gè)層各自的相應(yīng)表面的照片顯示了這三個(gè)試驗(yàn)的結(jié)果。

在作為第一試驗(yàn)的對(duì)象的由Inconel 718制成的兩個(gè)層的情況下，在500℃至650℃之間的摩擦的作用下形成保護(hù)性的混合氧化鎳層，在下文中稱為氧化物釉質(zhì)層或釉質(zhì)層。由此形成的氧化物層保護(hù)該材料對(duì)抗磨損。但是，該氧化物的穩(wěn)定可能花費(fèi)一至二小時(shí)，在此過(guò)程中該界面遭受磨損的破壞特征：微型焊縫和深的劃痕。在圖3的曲線中可以看出這一穩(wěn)定階段。在穩(wěn)定階段之前的階段過(guò)程中，該摩擦系數(shù)大于0.6。圖4顯示了表面狀態(tài)和在該不穩(wěn)定階段過(guò)程中形成的劃痕的深度。在足夠的溫度下在足夠長(zhǎng)的摩擦?xí)r間(大于一小時(shí))后，形成穩(wěn)定的氧化物并且能夠獲得值為大約0.6的穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，磨損機(jī)制停止，但是初始破壞仍然存在。在450℃的溫度下的摩擦條件下，磨損是主要的，并且該界面不再能夠確保正常的滑動(dòng)。

兩個(gè)其它試驗(yàn)顯示了借助于下述界面得以改善的結(jié)果。

該界面包含兩個(gè)調(diào)節(jié)層：

-第一調(diào)節(jié)層4沉積在兩個(gè)部件之一(例如第一部件1)上，并具有能使其隨著與另一部件的摩擦產(chǎn)生釉質(zhì)類(lèi)型的層的組成；

-第二調(diào)節(jié)層5沉積在第二部件2上，能通過(guò)充當(dāng)與第一層的摩擦形成的氧化物的催化劑以便與第一層協(xié)作。

還有可能在第一部件1上沉積層5，在第二部件2上沉積層4。

后者的功能能夠擴(kuò)展氧化物的穩(wěn)定性，并能夠在300℃至650℃的更 寬的高溫范圍內(nèi)確保該潤(rùn)滑功能。

沉積在所述第一部件1上的第一層4具有提高的對(duì)高溫下的氧化的耐受性，并能夠獲得穩(wěn)定的釉質(zhì)類(lèi)型的層和穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，并且對(duì)該高溫范圍，特別是300℃至650℃沒(méi)有磨合期。

其具有低于該第一部件1的硬度。

與所述第一層4協(xié)作并沉積在所述第二部件2上的第二調(diào)節(jié)層5提供大于所述第一層4的硬度。根據(jù)一個(gè)特定實(shí)施方案，其在該材料的深度的前五微米內(nèi)具有大于800HV的表面硬度。在這種情況下，其具有10至15微米的擴(kuò)散深度。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，該第二調(diào)節(jié)層具有大于850HV的表面硬度。

該第一層4具有能夠在所述界面中降低接觸壓力和兩個(gè)部件之間的摩擦所生成的剪切應(yīng)力的彈塑性變形能力。

包括微孔形貌的第一層4使得所述第一層能夠經(jīng)由孔隙壓實(shí)機(jī)制調(diào)整該彈塑性性能。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，該第一調(diào)節(jié)層具有2％至30％的微孔的整體密度，由于該微孔在局部應(yīng)力的作用下被壓實(shí)并使接觸壓力場(chǎng)均勻化而賦予所述界面塑性變形能力。

該調(diào)節(jié)層可能具有可變的厚度。從尺寸、重量和功效的觀點(diǎn)來(lái)看，在磨削如下文中將看到的那樣制得的涂層之后，當(dāng)該厚度為50微米至200微米時(shí)其證明是最佳的。

該第一調(diào)節(jié)層具有作為楊氏模量的80GPa(Giga-pascals)的塑性變形性。該性質(zhì)賦予所述界面更好的彈性變形性。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，該第一調(diào)節(jié)層是鈷合金層，其鈷含量為至少40％。

根據(jù)另一實(shí)施方案，該第一調(diào)節(jié)層是鈷、鉬、鉻和硅的合金。根據(jù)一個(gè)特定實(shí)施方案，其試驗(yàn)結(jié)果顯示在圖4中，鈷含量為51% ± 1%，鉬含量為28% ± 1%，鉻含量為17% ± 1%，硅含量為4% ± 1%。

圖3顯示避免了磨損，但是摩擦系數(shù)μ為大約0.6。此外，在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，在圖4中可以看到在16微米的深度中CoCrMoSi涂層磨損的結(jié)果。由此，用該材料對(duì)(機(jī)械結(jié)合不會(huì)被閉鎖)避免了磨損，但是由于 摩擦系數(shù)超過(guò)0.5，滑動(dòng)條件仍然有待改善。

根據(jù)另一實(shí)施方案，在525℃至650℃的溫度下對(duì)該第一層施以預(yù)氧化。在同一實(shí)施方案中，對(duì)該第二調(diào)節(jié)層施以碳原子擴(kuò)散，所述碳原子擴(kuò)散是通過(guò)熱化學(xué)擴(kuò)散處理如外層硬化或滲碳氮化獲得的。作為說(shuō)明，KOLSTERISING(BODYCOTE公司的注冊(cè)商標(biāo))滲碳工藝允許碳在鎳合金表面處均勻擴(kuò)散。THERMI-SP(Thermi-Lyon公司的注冊(cè)商標(biāo))產(chǎn)生氮碳共滲，并等效于前述方法以獲得目標(biāo)性能。

在這種情況下，除了不存在磨損之外，如圖3所示，摩擦系數(shù)為大約0.45，在高溫下恒定且低。從磨損的觀點(diǎn)來(lái)看(如圖4顯示極為有限)，這由此獲得了最佳解決方案，并且以令人滿意的摩擦系數(shù)提供了滑動(dòng)功能。

在某些實(shí)施方案中，所述第一調(diào)節(jié)層具有大于150微米的厚度。

可以提供硬度系數(shù)大于所述第二部件的硬度調(diào)節(jié)層，其插在所述第二部件與所述第二調(diào)節(jié)層之間，所述層旨在在所述第二部件與所述相應(yīng)的第二調(diào)節(jié)層之間引入硬度梯度。

根據(jù)特定實(shí)施方案，所述硬度第二調(diào)節(jié)層具有5微米至15微米的厚度。

下面描述能夠獲得該界面的調(diào)節(jié)層4和5的方法。

該第一調(diào)節(jié)層4通過(guò)熱噴涂法沉積，該方法能夠以相對(duì)高的沉積速率沉積相對(duì)厚的沉積物。

該沉積包括以下步驟：

-以使得該基底與該第一調(diào)節(jié)層之間的粘附力承受至少等于20MPa的拉伸應(yīng)力的方式對(duì)該基底的表面施以預(yù)處理，

-由將熔融狀態(tài)的金屬粒子噴涂到基底表面上的一連串過(guò)程形成該層，所述層是薄層的疊層，各薄層具有15微米的最小厚度。

對(duì)該涂層進(jìn)行磨削以獲得最終尺寸。

預(yù)處理是能夠粗糙化該表面以允許固體機(jī)械連接的操作。其可以是例如噴砂預(yù)處理。

根據(jù)其中預(yù)氧化該第一層的實(shí)施方案，在由氧氣(空氣)組成的氣 氛中在525℃的溫度下進(jìn)行噴涂后氧化22小時(shí)。

通過(guò)在兩個(gè)噴涂過(guò)程之間改變沉積速率獲得微孔密度的逐漸改變。

沉積條件必須能夠獲得具有400HV至500HV的平均硬度的第一調(diào)節(jié)層4。

在彎曲試驗(yàn)后，在調(diào)節(jié)層4中不應(yīng)出現(xiàn)裂紋。

在該部件的表面處通過(guò)熱化學(xué)碳擴(kuò)散處理方法獲得第二調(diào)節(jié)層5，以便形成硬且潤(rùn)滑的薄層。

本發(fā)明提出的界面特別適于由彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)部件構(gòu)成的鉸接裝置，分別對(duì)應(yīng)于螺母和在其中容納螺母的凹部。該凹部對(duì)應(yīng)于具有大的運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度的槽，該螺母對(duì)應(yīng)于具有小的運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度的銷(xiāo)。該界面的第一調(diào)節(jié)層4應(yīng)用于小的運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度，該第二調(diào)節(jié)層5應(yīng)用于大的運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度。如上所見(jiàn)，反之亦可。