Page 156 - 《摩擦学学报》2021年第6期

第 6 期 石佩璎, 等: MoO 3 -ZnO/镍基复合涂层制备及其摩擦学性能研究 941

0.9 50
(a) Z1 (b) Z1
0.8 45
Z2 Z2
0.7 Z3 40 Z3
Friction coefficient 0.5 Wear rate/[10 −5 mm 3 /(N·m)] 30
35
0.6
25
0.4
20
0.3
0.2 15
10
0.1 5
0.0 0
25 400 800 25 400 800
Temperature/℃ Temperature/℃

Fig. 5 (a) Friction coefficients and (b) wear rates of composite coatings at elevated temperatures
图 5 复合涂层的(a)摩擦系数和(b)磨损率随温度的变化

−5
同时磨损率也较400 ℃明显降低，分别为4.22×10 、 中Mo含量(点P8、P9)明显高于Z1涂层磨痕含量(点P3、
−4
3
−5
6.72×10 和 1.32×10 mm /(N·m)， 均 低 于 Ni-5%Al涂 P4、P5)，主要是由于Z2涂层中添加的MoO 含量增加.
3
层的磨损率. 随着涂层中添加MoO 含量的增加，800 ℃摩擦后，磨
3

2.3 复合涂层的磨损机理 痕表面形貌[图6(c), (f)和(i)]中的剥层区域逐渐增加，
[22]
为了阐明复合涂层的磨损机理，采用SEM和EDS 这些剥层在摩擦过程中脱落 ，脱落区域在高温摩擦
对复合涂层的磨损表面形貌和元素组成进行了分析， 过程中形成新的光滑的润滑膜，此过程在摩擦过程中
如图6和表4所示. 室温时，Z1涂层的磨损表面较Z2和 反复发生，导致磨损率的增大，因此Z2和Z3涂层磨损
Z3涂层更光滑，磨屑较少，主要为剥层磨损，且伴随着 率均较Z1高.
少量裂纹的出现，而Z2和Z3涂层则主要为磨粒磨损. 为了确定磨损表面润滑膜的成分组成，对Z1涂层
剥层位置[图6(a)的P2]的氧含量明显高于光滑区域[图 800 ℃摩擦试验后磨痕内外进行拉曼谱图分析(图7).
6(a)的P1]，表明在摩擦过程中发生了轻微氧化，氧化 Z1涂层磨损表面润滑膜成分主要包括MoO 、ZnMoO 、
3
4
区域从表面发生了剥离. Z2涂层表面出现的光滑区域 NiO、Al O 和ZnO，同时在磨痕外部还检测到了NiMoO 4
2
3
−1
[图6(d)的P7]氧含量较磨粒堆积区[图6(d)的P6]略高. 的生成. 其中550、750、975和1 100 cm 处对应的峰可
−1
Z3涂层的裂纹更为明显，且磨屑更多，导致了较高的 归于NiO，在451和750 cm 附近的拉曼峰可标记为
−1
磨损率. Al O ， 在 203、 330和 586 cm 的 拉 曼 峰 可 归 属 于
2
3
[23]
−1
400 ℃时，Z1和Z3涂层表面出现了大量的犁沟， ZnO ，而在159、218、284和291 cm 的特征峰应归为
−1
Z1涂层表面还有明显的剥层和润滑膜生成，所以Z1涂 MoO 3 [24-25] ，在370、400和840 cm 附近的拉曼峰则属于
−1
层磨损机理主要为剥层磨损和犁沟磨损，伴随着氧化 ZnMoO 4 [26] ，872和950 cm 的峰则为NiMoO 4 [27] . 高温
磨损，Z3涂层则主要为犁沟磨损，而Z2涂层表面出现 摩擦试验过程中高温和摩擦的双重作用促使了二元
了大量的磨屑，主要表现为磨粒磨损，具有极高的磨 氧化物(NiO)和三元氧化物(ZnMoO 和NiMoO )的生
4
4
损率. 此现象与之前的研究结果相似 ，在400 ℃时， 成，这些氧化物在高温下表现出优异的润滑性能，使
[16]
由于材料软化，涂层容易受到塑性流动的影响，磨损 得摩擦系数低至0.28.
发生在形成稳定的氧化层之前，涂层表现出剥层磨损 对于摩擦副的形貌和成分分析，可以更进一步了
和磨粒磨损，同时伴随着氧化磨损，因此磨损率较高. 解磨损机理，Z1涂层的摩擦对偶Al O 球在室温、400和
3
2
当温度升高到800 ℃，复合涂层磨损表面均有润 800 ℃摩擦试验后形貌和元素组成如图8和表5所示.
滑膜生成，伴随着少量的磨屑和犁沟，Z1涂层表面犁 室温摩擦试验后，对偶球表面有大片被压实的磨屑
沟区域[图6(c)的P3]、润滑膜[图6(c)的P4]和磨屑区域 [图8(a~b)]以及边缘处小片状的磨屑堆积. 磨屑区域
[图6(c)的P5]三类位置的元素含量相差不大. Z2涂层 [图8(b)的P1和P2]的元素含量略微有所差异，主要表
磨损表面润滑膜[图6(f)的P8]和犁沟剥层区域[图6(f) 现为O、Mo和Ni的差异. 400 ℃时，对偶球表面内部被致
的P9]元素含量差异较大，主要表现为犁沟剥层区域 密的润滑膜堆积，其中图8(d)中P3和P4区域均被压实
较多的氧元素含量. 表4显示，800 ℃摩擦后，Z2磨痕 的磨屑覆盖，成分分别为Ni 39.01 Al 6.85 Mo 1.20 Zn 0.88 O 52.05