適用于高速條件下納米陶瓷涂層制備及摩擦學(xué)性能研究.pdf

1、現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，許多部件應(yīng)用于高速條件下，如工業(yè)應(yīng)用極廣泛的軸、輥、制動(dòng)盤(pán)等。較高的摩擦速度會(huì)導(dǎo)致零部件嚴(yán)重磨損，降低生產(chǎn)效率，而對(duì)其進(jìn)行表面處理有望解決這一難題。本文以微米級(jí)Al2O3-13％TiO2、造粒后的納米Al2O3-13%TiO2及La2O3利用等離子噴涂技術(shù)，通過(guò)控制噴涂工藝參數(shù)（電流、電壓、H2和Ar流量等），在20鋼基體上制備了具有 Ni/Al底層的常規(guī) Al2O3-13%TiO2涂層(AT)、納米Al2O3-13%T

2、iO2涂層(NAT)、納米Al2O3-13%TiO2-1% La2O3涂層（NAT-1）、納米Al2O3-13%TiO2-3% La2O3涂層(NAT-3)、納米Al2O3-13%TiO2-5% La2O3涂層(NAT-5)。采用XRD、SEM、EDS等手段表征了涂層的組織結(jié)構(gòu)及物相組成，利用不同的摩擦試驗(yàn)機(jī)測(cè)試了涂層的摩擦磨損性能。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對(duì)涂層組織結(jié)構(gòu)的SEM觀察顯示，等離子噴涂涂層呈典型的層狀結(jié)構(gòu)，涂層中

3、存在著熔融區(qū)、部分熔融區(qū)、未熔區(qū)及微裂紋、孔隙等，層間以機(jī)械結(jié)合為主。在本文試驗(yàn)條件下，NAT-1涂層組織最為均勻，致密性最好，涂層孔隙率低至9.19%。對(duì)涂層的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果顯示， NAT-1涂層顯微硬度可達(dá)841.3 HV0.1，并且，隨著涂層孔隙率的降低和增大，涂層顯微硬度呈增大和降低的趨勢(shì)。納米涂層的斷裂韌性?xún)?yōu)于 AT涂層，NAT-3涂層裂紋擴(kuò)展力最高的為7.89 J/m2。NAT-1涂層抗拉結(jié)合強(qiáng)度最高的為15.97MPa。

4、⑵在等離子噴涂過(guò)程中發(fā)生由α-Al2O3相向亞穩(wěn)態(tài)γ-Al2O3相的轉(zhuǎn)變，常規(guī)涂層中反應(yīng)生成了Al2TiO5。納米涂層由于 La2O3的催化作用生成了 Al3Ti合金，納米涂層中存在著少量冶金結(jié)合。NAT-1、NAT-3涂層中存在 LaTiO3.4化合物，可對(duì)納米涂層起到固溶強(qiáng)化及晶粒細(xì)化的作用，過(guò)量的La2O3則干擾納米涂層的組織性能。⑶摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)果表明，在低速和高速摩擦磨損條件下，納米涂層的摩擦磨損性能均優(yōu)于20鋼基體及AT涂層

5、。隨著滑動(dòng)速度的增大，涂層摩擦系數(shù)均明顯降低，La2O3的加入優(yōu)化了涂層性能，進(jìn)而降低摩擦系數(shù)。在低速摩擦磨損條件下，隨著轉(zhuǎn)速的增大，涂層的磨損率增大，La2O3的加入量超過(guò)3%時(shí)，涂層摩擦磨損性能急劇下降，低于3%添加量則磨損性能良好。在高速摩擦磨損條件下，涂層磨損率下降，添加1% La2O3的 NAT-1涂層的磨損率最低，波動(dòng)較小。GCr15材料轉(zhuǎn)移至涂層表面，與涂層磨屑共同形成的轉(zhuǎn)移膜有保護(hù)涂層的作用。⑷低速及高速摩擦條件下，摩擦