Page 85 - 《摩擦学学报》2020年第5期

640 摩 擦 学 学 报 第 40 卷

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相应的氧化物参与减磨所致. 但是Ag的向外扩散导致 了坚硬的磨粒，磨粒参与磨损形成犁沟 . 此时的磨
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涂层质地变软，磨损体积增大为0.025 8×10 mm /(Nm)； 损机制主要为磨粒磨损 . 另外，磨痕内部O元素的原
400 ℃时涂层摩擦系数稳定在0.4左右，磨痕表面的 子百分比由磨损前的0上升到60.3%，此时也发生了氧
Ag、Al O 和TiO 量的增加，减磨效果显著. 此时达到 化反应. 图4(c)为400 ℃磨痕形貌的SEM照片. 从图可
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了Ag参与润滑的最佳温度，磨损率下降为0.017 3× 见细小的微裂纹及磨损导致的氧化皮脱落，这是因为
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10 mm /(Nm)；600 ℃的摩擦系数起始数值为0.55左 磨损过程中磨痕表面氧化形成的Al O 薄膜使得磨痕
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右，随着磨损的进行最终稳定0.45左右，此时磨损率较 区域质地变脆，进而发生了断裂和剥落. 此时的磨损
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400 ℃时大，为0.030 9×10 mm /(Nm). 这是由于此时 机理为黏着磨损和局部的氧化磨损. 此外，由磨损前
参与减磨的相主要为Al O 和破坏涂层完整性的TiO . 后的EDS数据可知该过程同样发生了氧化反应. 图4(d)
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图4和图5分别为TiAlN涂层在不同温度下的磨损 为600 ℃时的磨痕形貌，从图可见磨痕区域形貌与室
形貌以及能谱图. 室温条件下图4(a)磨痕中出现了光 温时相似，所以此时的磨损机理为黏着磨损. 磨损后
亮的斑点状小突起，产生这种现象的原因是磨损过程 O和W的原子百分数分别为49.78%和3.08%，表明发
中产生大量摩擦热使摩擦副粘结产生轻微剥落，剥落 生了氧化反应且涂层已经磨穿.
物在反复碾压之后发生了不可逆形变，最终形成了图 图6和7分别为TiAlAgN(0.12%Ag，原子百分数)涂
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中小突起 . 此时的磨损机理主要为黏着磨损. 此外， 层在不同温度下的磨损形貌及能谱图. 从图6(a)、(b)可
磨损前后O元素的原子百分数分别为0和37.80%，可知 见室温及200 ℃的磨痕区间内均出现了剥落坑. 这是
磨损过程中发生了氧化反应. 图4(b)为200 ℃时磨痕 因为磨损过程中对偶材料之间摩擦产热粘合，涂层被
形貌的SEM照片，从图可见许多细小的犁沟，这是因 撕扯下来，导致局部剥落坑的出现. 所以室温及200 ℃
为堆积的磨屑在反复的碾压之后发生“塑性变形”变 的磨损机理均为黏着磨损. 此外，由EDS数据知两种
为块状凸起，这些凸起在循环载荷的加载下断裂形成 温度下涂层磨损前后的O原子百分数变化分别为

90 90
80.22
79.12
80 80
70
70
Atomic percentage/% 60 36.85 37.60 Atomic percentage/% 60 27.15 53.90 50.33
50
50
40
40
30
20
20 25.30 17.34 24.90 15.73 21.78 20.88 30 18.95 17.56 16.60 15.51 0.22 19.55
10 10
Ti Al N Ti Al N O Al O Ti Al N Ti Al N O Ti Al O
0 0
Out In Ball Out In Ball
(a) RT (b) 200 ℃
90 90
78.84 80.07
80 80
70
70
Atomic percentage/% 60 27.84 52.85 53.06 Atomic percentage/% 60 27.36 52.85 41.43 49.76
50
50
40
40
30
20
20 19.31 17.08 17.50 12.23 20.82 30 19.79 21.54 16.65 19.93
10 0.34 10 3.08
Ti Al N Ti Al N O Ti Al O Ti Al N Ti Al N OW Al O
0 0
Out In Ball Out In Ball
(c) 400 ℃ (d) 600 ℃
Fig. 5 EDS data of unworn and worn surfaces of TiAlN coatings and worn surface of Al 2 O 3 balls at elevated temperatures
图 5 TiAlN涂层在不同温度下磨损前后及摩擦对偶球的EDS数据