Page 153 - 《摩擦学学报》2021年第6期

938 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

精超声清洗. 表面粗糙度测量系统(2 206)测得的基底 末的物相组成用X射线衍射仪(XRD，Bruker)以及拉曼
喷砂后粗糙度为3.08±1.61 μm. 利用9MB等离子喷涂 光谱仪(HR800，France)进一步表征.

系统(APS，美国Metco)制备系列复合涂层. 粉末配比
2 结果与讨论
含量列于表1中. 采用Ni-5%Al金属粉末(Metco 480NS)

作为粘结层，厚度约为100 μm. 喷涂前混合粉末按照 2.1 粉末和涂层的微观组织及物相组成
配比混合后在三维混料仪中机械混合，并在70 ℃的烤 图1为用于喷涂的Ni、MoO 和ZnO粉末，过筛后
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箱中干燥. 复合涂层的喷涂参数如下：氩气流量40 L/min、 平均粒径均在20~120 μm，其中Ni基粉末呈现为球形，
H 流量5 L/min、粉末流量35 g/min、喷涂距离85 mm、 而团聚破碎后的ZnO和过筛后的MoO 粉末则为不规
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电流550 A和电压55 V. 则的多边形. 原始粉末和涂层的XRD谱图如图2所示，
根据标准谱图卡片JCPDS 05-0508和JCPDS 80-0075，
表 1 不同复合涂层的喷涂粉末组成(质量分数)
MoO 粉末为具有Pbnm晶型的α-MoO ，而ZnO为纤锌
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Table 1 The chemical composition of powders for different
矿结构. 粉末在喷涂过程中要经受高温、快速凝固过
composite coatings (mass fraction)
程，该过程容易发生物相转变 [16, 18] . 从图2中三种涂层
Sample Composition
Z1 Ni–5%Al+5%MoO 3 +5%ZnO 的XRD谱图可以看到，ZnO和MoO 未发生晶型转变，
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Z2 Ni–5%Al +10%MoO 3 +10%ZnO −
根 据 标 准 卡 片 JCPDS 72-1 486在 2θ=26.788° ( 2 02)，
Z3 Ni–5%Al +15%MoO 3 +15%ZnO
−
26.286 ( 1 20)和24.330 (201)的衍射峰，可以判定有α-

ZnMoO 的生成，且随着喷涂粉末中MoO 和ZnO比例
1.2 性能表征 4 3
的增加，涂层中生成的ZnMoO 含量逐渐增加. 钼酸锌
采用UMT-3(Bruker，美国)球-盘式高温摩擦试验 4
除具有可识别的α-ZnMoO 外，还具有另一种结构类
机评价涂层在室温、400和800 ℃的摩擦学性能. 对偶 4
[19] . 从MoO -ZnO相图 [20] 来看，等离子喷
球采用直径为10 mm的Al O 球，盘试样为制备的涂 型β-ZnMoO 4 3
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层. 涂层表面依次在360 、600 、800 和1 500 的SiC砂纸 涂过程中可能出现ZnMoO 、Zn Mo O 和Zn Mo O 这
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打磨，使得涂层表面粗糙度R ≤2 μm. 摩擦性能测试 三种相. 然而，Zn Mo O 和Zn Mo O 在本研究中未被
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参数如下：载荷10 N，滑动速度200 r/min，旋转半径5 mm， 识别.
持续时间60 min. 摩擦系数由试验机自带的软件自动 图3为复合涂层的截面微观组织，复合涂层结构
记录，相同条件下的摩擦试验至少进行3次，以确保其 呈现典型的层状结构，根据对应的EDS分析[图3(d)，
可重复性. 利用公式W=V/SF计算涂层的磨损率W [单 (e)和(f)]，加入的氧化物MoO 和ZnO在涂层中呈现层
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位mm /(N·m)]，其中磨损体积V (单位为mm )由Micro 状分布. 涂层的厚度约为200~510 μm. 由于大气等离
XAM-800型非接触式表面轮廓仪测量所得，S为滑动 子喷涂工艺的独特性，涂层中出现了孔隙和未熔颗粒
距离(单位为m)，F为载荷(单位为N). 等缺陷. 且随着添加的MoO 和ZnO含量增加，涂层中未
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采用扫描电子显微镜(SEM, Tescan Mira 3，捷 熔颗粒逐渐增多，可能是由于ZnO 的熔点(T =1 975 ℃)
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克)分析涂层的截面组织和表面形貌、粉末的形貌以 略高于金属基底Ni-5%Al (T =1 413 ℃). 截面形貌中
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及摩擦试验后磨损表面的形貌，同时采用能谱分析仪 元素含量列于表2中，随着喷涂粉末中氧化物含量的
(EDS)分析涂层表面和磨损表面元素分布. 涂层和粉 增加，三种涂层中Zn和O元素含量均增加，但是Z1涂
(a) (b) (c)
72 μm
55 μm
83 μm 54 μm
60 μm 73 μm
95 μm
47 μm
30 μm 82 μm
100 μm 100 μm 26 μm 100 μm

Fig. 1 SEM morphologies of powders used for spraying: (a) Ni-5%Al; (b) MoO 3 ; (c) ZnO
图 1 用于喷涂的粉末形貌的SEM照片：(a)Ni-5%Al；(b) MoO 3； (c) ZnO