热喷涂纳米结构氧化铝氧化钛涂层的摩擦学研究.pdf

第九届全国摩擦、减摩、耐磨材料和技术学术研讨会论文集 热喷涂纳米结构氧化铝／氧化钛涂层的摩擦学研究 田伟1，杨 勇1，郭 淼2，王铀1 (1哈尔滨工业大学材料科学系黑龙江哈尔滨150001； 2中国电力科学研究院电站辅机技术研究所 北京国电富通科技发展有限责任公司 北京 100070) 摘要：本文研究了在两种不同磨损方式下热喷涂氧化铝／氧化钛涂层的摩擦学性能。三 体磨粒磨损时，致密化纳米涂层的耐磨性最好，而Mecco130涂层的耐磨损性能最差。Metco 涂层的磨损机制主要表现为沿着层片状结构界面闻的微观断裂，致密化纳米涂层的磨损机 制主要表现为晶粒的脱落和移除，普通纳米涂层中主要是孔隙附近造成的微观断裂。滑动 摩擦磨损时，致密化纳米涂层的耐磨性明显高于另外两种涂层。涂层的磨痕中包括有光滑 区域和粗糙区域。随着磨损栽荷的增加光滑区域的面积减少，粗糙区域的面积增加。光滑 区域中生成了大量的棒状磨屑，并且表面有磨粒磨损造成的微小犁沟；粗糙区域中主要发 生的是微观断裂。 关键词：热喷涂，纳米结构。氧化铝／氧化钛涂层，磨粒磨损，滑动磨损 1前言 目前，热喷涂涂层被广泛的应用于摩擦磨损领域。人们开发出了多种热喷涂耐磨涂层， 子喷涂是目前最为有效的表面防护技术之一。等离子喷涂他03-13％Ti02是目前应用最广 具有优异的耐磨、耐蚀和可加工等综合性能，在抗磨粒磨损和滑动磨损方面有广阔的应用 前景。 先前的工作【1l曾系统研究过等离子喷涂纳米结构舢203．13％Ti02涂层的两体磨粒磨损 性能。为进一步研究等离子喷涂纳米结构触203．139FTi02涂层的摩擦学行为，本文通过对 比试验评价了纳米结构舢203．13％Ti02涂层的三体磨粒磨损和干滑动摩擦磨损性能，为纳 米结构灿203．13％Ti02涂层的使用提供了依据。 2涂层制备和试验方法 为了进行分析比较，试验中制备了三种涂层，分别是商用Metco130涂层，普通纳米 涂层和致密化纳米涂层。三种涂层的情况列于表1中。 9M等离 粉末的喷涂工艺为基础。主要喷涂工艺参数列于表2中。涂层的制备选用Metco 子喷涂系统。等离子喷枪由计算机控制的GM．Fanuc6．aXis机械手进行操作。结合层选用 第九届全国摩擦、减摩、耐磨材料和技术学术研讨会论文集 表1三种涂层的成分及制各工艺 表2等离子喷涂的主要工艺参数 试验中分别利用光学显微镜(MC80DX型，德国C柚zeiss公司)，扫描电子显微镜 (SEM，S．570型，日本Hitachi公司)分析了等离子喷涂层的显微组织。 使用日本理学D／ma】【2400X射线衍射仪对喷涂粉末和涂层的物相进行分析。试验中使 描范围为20-80。，加速电压为40KV，电流100mA。 三体磨粒磨损试验在ML广200磨损试验机上进行。试验中的上试样和下试样都制备有 被测的涂层。磨损试验之前，涂层的表面被打磨到粗糙度为0．1犁m。选用石英砂磨粒，粒 径为150．35靴m，基本呈球形。磨损过程中石英砂磨粒的流速为20±0．4咖in。试样的转 动速度为0．3II临，磨损载荷为100N。磨损3分钟后，称量试样的质量变化以确定磨损量。 称量质量之前，在酒精中用超声清洗涂层试样10分钟，然后用吹风机吹干试样。为了使 所得到的磨损数据具有可重复性，相同条件下的三体磨粒磨损试验重复3次。磨损试验后 利用sEM分析了磨痕表面的微观破坏情况。 涂层的滑动磨损试验在球盘试验机上进行。涂层试样加工成盘状，在试验过程中以 种法向载荷。利用计算机采集摩擦力数据，并根据采集到的数据绘制摩擦系数随磨损时间 的变化曲线。采用SEM分析了磨痕表面和截面的微观破坏形式，利用Nan0 lndenterXP型 机械性能显微探针测试了磨痕的轮廓，以表征涂层的磨损率。 3试验结果及分析 3．1涂层的组织 三种涂层的截面组织如图1所示。Metc0130涂层与纳米结构涂层在微观结构上存在 着较大差别。Metc0130涂层中具有非常典型的层片状