Page 103 - 《摩擦学学报》2021年第6期

888 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

表面. 犁沟和磨屑的存在表明MAO涂层的主要磨损机 所有磨痕的二维轮廓均呈现出明显的深坑，且Zr合金
理为磨粒磨损 [9,19] . 从EDS结果可以发现，磨痕表面存 的磨损程度最大，MAO涂层的磨痕损伤相对轻微，其
在着C、O、Zr和Si等元素. Si和O元素的出现表明在磨 磨损深度更浅，表明MAO涂层可以显著提高Zr合金的
蚀过程中破损后的ZrO 涂层颗粒仍然残留在摩擦界 磨蚀性能. 其中MAO-260 V涂层具有最低的磨损宽度
2
面， 同时，ZrO 颗粒的出现也表明在磨蚀过程中存在 和磨损深度，如图10(b)所示. Zr合金基体的磨损率为
2
5
3
氧化磨损. 2.14×10 μm /(N·m)，MAO-260 V涂层的磨损率仅为Zr
图10表示不同工作电压的MAO涂层的二维轮廓. 合金基体的1/4.

10 50 1 500
Substrate Wear depth
MAO-220 V Wear width
0 MAO-260 V 40 1 200
MAO-300 V
Wear depth/μm −10 Wear depth/μm 30 900 Wear width/μm
MAO-340 V
−20
20
600
−30 10 300

−40 0 0
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
Distance/mm Substrate MAO-220 V MAO-260 V MAO-300 V MAO-340 V
(a) 2D profile (b) Wear depth and width
25
Wear rate
20
Wear rate/[10 4 μm 3 /(N·m)] 15

10

0 5
Substrate MAO-220 V MAO-260 V MAO-300 V MAO-340 V
(c) Wear rate
Fig. 10 (a) 2D profile, (b) wear depth and wear width, and (c) wear rate of MAO coatings with different voltages
图 10 不同工作电压的MAO涂层磨痕的(a)二维轮廓、(b)磨痕深度和磨痕宽度以及(c)磨损率

3 结论 包壳领域有应用潜力的涂层技术.

a. MAO涂层表面形貌为典型的多孔及火山熔融 参 考 文 献
物特征，其相组成为t-ZrO 和m-ZrO . 增加工作电压会 [ 1 ] Yang Zhongbo, Zhao Wenjin, Miao Zhi, et al. Corrosion behavior of
2
2
导致MAO涂层表面微孔变大，熔融物更加突出，粗糙 Zr-XSn-1Nb-0.3Fe(X=0~1.5) alloys[J]. Rare Metal Materials &
度增加. Engineering, 2015, 44(5): 1129–1133 (in Chinese) [杨忠波, 赵文金,
苗志, 等. Zr-XSn-1Nb-0.3Fe(X=0~1.5)合金的腐蚀行为研究[J]. 稀
b. MAO涂层可以显著提高Zr合金的耐腐蚀性能.
有金属材料与工程, 2015, 44(5): 1129–1133].
工作电压为260 V的MAO涂层呈现最好的耐腐蚀性
[ 2 ] Cai Zhenbing, Li Zhengyang, Yin Meigui, et al. A review of fretting
能. 因为氧化物陶瓷层可以阻碍腐蚀液进入基体表面.
study on nuclear power equipment[J]. Tribology International, 2020,
c. 相比于Zr合金基体，MAO涂层具有更低的磨损
144: 106095. doi: 10.1016/j.triboint.2019.106095.
深度和磨损率. 工作电压为260 V的MAO涂层的磨损 [ 3 ] Jiang Haixia, Duan Zewen, Ma Pengxiang, et al. Research progress
率仅为Zr合金基体的1/4. MAO是一种在核电Zr合金 on fretting wear behavior of fuel cladding materials in nuclear