[发明专利]在基材上形成固态润滑剂涂层的方法

说明书

技术领域

本发明的主题一般地涉及涂层，更具体地涉及在基材上形成固态润滑剂(solid lubricant)涂层的方法。

背景技术

涡轮增压器通常被用于增强设备的操作性。例如，就涡轮发动机(turbine engines)的情况而言，可采用涡轮增压器来提高进入燃烧室的进入空气流的加压或使其增压。在此种情况下，来自发动机的热废气可经引导进入其内装有涡轮(turbine)的涡轮增压器涡轮壳内。废气流冲击涡轮使其旋转。由于涡轮安装在轴的一端(该轴的相对端上装有离心式空气压缩机(radial air compressor))，所以涡轮的旋转动作也导致空气压缩机旋转。空气压缩机的旋转动作导致，进入空气在发动机燃烧室内与燃料混合并燃烧之前进入压缩机壳，并被加压或增压。

为降低涡轮增压器或其它涡轮机械之间的摩擦并延长其使用寿命，可采用箔片轴承(foil bearings)来支承涡轮发动机、涡轮增压器等的旋转部件。一般而言，箔片轴承包括安装到旋转部件的轴颈(journal)以及设置在轴颈周围的圆筒形顶层箔片(top foil)。轴颈和顶层箔片构造成使得，当旋转部件以最佳操作速度旋转时，箔片与轴颈彼此分开从而形成空气隙。随着箔片与轴颈之间空气隙的扩大，加压的空气被吸入以起到载荷支承体的作用并充当旋转部件及围绕的静止部件的润滑剂。

当轴颈与顶层箔片之间没有加压空气时，这两个部件将变得彼此接触。于是，为防止所述部件过早磨损，一个或多个所述部件可包括在其上的固态润滑剂涂层。一些公知的固态润滑剂包括金属氧化物，例如，氧化铬、氧化镍、氧化钴、钛氧化物，或氧化物掺混物，或其混合物。其它固态润滑剂可包括：与金属氧化物粘合的金属，其然后与氟化物掺混。

虽然上述固态润滑剂提供摩擦部件之间优异的润滑作用并且在升高的温度(例如，高于480℃的温度)是化学稳定的，但它们仍可进行改进。例如，由于上述固态润滑剂通常是被等离子-喷涂到部件上，所以薄部件(例如，厚度小于约0.01 cm的部件，例如，箔片轴承系统的箔片)可能在等离子喷涂过程期间变得扭曲。因此，固态润滑剂的应用可能局限于较厚部件。在箔片轴承系统的情况下，较厚的部件可包含箔片轴承的运动件(例如，轴颈或推力轴承滑道(thrust runner))，并且磨损可发生在轴颈或推力轴承滑道上，这可能在箔片轴承系统中造成不平衡。例如，当箔片轴承系统在正常操作期间承压并经受高间歇载荷时，箔片部件上的涂层可能接触到轴颈。然而，因为箔片轴承的运动件可能不能被“broken in”(例如，在箔片轴承运动件表面上的小变形被磨掉的地方)，该运动件可能在箔片轴承中持续造成不平衡，这随着时间的推移可能降低箔片轴承的承载能力和稳定性。例如，在某些情况下，“高点”可能存在于箔片轴承的静止件(例如，配合箔片)上，而箔片轴承系统的运动件(例如，轴颈)上的涂层可能在整个圆周发生磨损。结果，箔片轴承系统上的磨损可能变得被放大，并且箔片轴承系统的表面光洁度(surface finish)可能不希望地增加，从而降低承载能力和/或缩短寿命。

在另一个例子中，等离子喷涂的固态润滑剂涂层可具有相对高的孔隙度和大粒度，这可能使涂层难以抛光至希望的表面光洁度，这进而可能限制箔片轴承的承载能力。另外，传统固态润滑剂涂层可能局限于用于低于约300℃的温度环境，因此如果该箔片轴承将在高于300℃的温度使用，则可能需要强烈冷却。然而，即便部件被恰当地进行了冷却，操作期间焦化沉积物依然可能累积并可能干扰箔片轴承的操作和/或缩短其寿命。

因此，理想的是具有可以施加到薄部件上并可以抛光至小于约0.2 μm(8微英寸)的表面光洁度的固态润滑剂。另外，希望该固态润滑剂和施加该固态润滑剂的方法应用起来相对简单且低廉。此外，本发明主题的其它理想特征和特点，从本发明主题的下述详细描述和所附权利要求并结合附图及本发明主题的该背景将变得显而易见。

发明内容

提供了在基材上形成固态润滑剂涂层的方法。