Page 5 - 《摩擦学学报》2020年第6期

688 摩 擦 学 学 报 第 40 卷

thermal conductivity of Al 2 O 3 was low, and a large amount of frictional heat generated under the action of high contact
stress cannot be dissipated rapidly. The stripped material was stored in the peeling hole or adhered to the worn surface,
resulting in a lower wear rate of Ni 3 Al/Al 2 O 3 friction pair. At 200~600 ℃, the Al 2 O 3 of high hardness had a strong
plough effect on the coating, resulting in a higher friction coefficient of Ni 3 Al/Al 2 O 3 friction pair. Meanwhile, Al 2 O 3
promoted the plastic deformation of the coating, inhibited the fatigue stripping of the material, and made the coating with
lower wear rate. At 800 ℃, the high hardness of Al 2 O 3 promoted the formation of a lubrication film with high oxide
content on the worn surface, so that the Ni 3 Al/Al 2 O 3 friction pair had low friction coefficient but high wear rate.
Key words: Ni 3 Al based; plasma spraying; counterpart; wide temperature range; tribological property

目前，最具代表性的宽温域润滑材料为NASA开 不同是造成材料摩擦学性能差异的主要原因. 因此，
发的以Ag和BaF /CaF 共晶为润滑相的PS系列涂层 [1-4] ， 本文作者以硬度较低的316L和高硬度的Al O 为摩擦
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其在大气/真空环境下25~650 ℃内均表现出优异的摩 偶件，考察软/硬摩擦偶件材料对Ni Al基自润滑复合
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擦学性能. 然而，随航空航天等现代工业的快速发展， 涂层25~800 ℃内摩擦学性能的影响，并揭示软/硬摩
对更宽温度范围内兼具优异的摩擦磨损和力学性能 擦偶件材料的本征性能对涂层自润滑性能的作用，为
的高性能润滑材料提出了极为迫切的需求 [5-6] . 摩擦偶件材料的合理选择及扩大涂层的应用提供理
Ni Al金属间化合物因熔点高、密度低、优异的高 论和实验依据.
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温抗氧化和高温机械性能而被认为是潜在的结构材 1 试验部分
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料 . Li等 和Shi等 成功制备了以Ag和BaF /CaF 为
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润滑相的Ni Al基块体润滑材料，在25~800 ℃内该复 1.1 试验材料及涂层制备
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合材料均具有低摩擦系数和磨损率，说明上述润滑相 原材料：采用市售的Ni粉、Al粉、Mo粉、Cr O 粉、
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可为Ni Al基体提供良好的连续润滑能力. 鉴于等离子 Ag粉、BaF 粉和CaF 粉为初始材料，粉末均来自国药
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喷涂方法具有高沉积率、低成本、对零件形状限制小 集团，粒径约为75 μm，质量百分数大于99.99%.
及可修复磨损部件等优势 ，本课题组 [11-12] 将高能球 喷涂喂料制备：Ni Al粉末采用自蔓延燃烧合成法
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磨与喷雾造粒工艺相结合，制备了以Ag和BaF /CaF 为 制备；BaF /CaF 共晶粉末采用真空烧结法制备；按质
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润滑相的Ni Al基涂层. 通过研究不同温度、不同载荷 量百分数(63.5%、10%、4%、12.5%和10%)依次称取Ni Al
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条件下涂层的摩擦学行为及自润滑机理，发现涂层在 粉、Cr O 粉、Mo粉、Ag粉和BaF /CaF 共晶粉，然后置于
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多条件下均具有优异的摩擦学性能. 行星式高能球磨机(Fritsch Pulverisette 5)中球磨成复
然而，材料接触界面间的相互作用与材料的摩擦 合粉末；利用喷雾造粒法提高复合粉末的流动性和球
学行为密切相关，直接影响机械部件运行的安全性和 形度以适用于热喷涂，具体过程前期已详细叙述 [14-15] .
可靠性. Deng等 研究了室温条件下Al O 涂层分别 Ni Al基 自 润 滑 复 合 涂 层 制 备 ： 用 线 切 割 将
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与ZrO 、Al O 、Si N 和不锈钢对摩时的摩擦学行为， 1Cr18Ni9Ti不锈钢加工为Φ20 mm×5 mm的圆柱体作
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结果表明摩擦偶件材料的物理/力学性能和摩擦化学 为基体，其表面喷砂处理(R 约为1.31 μm)后用丙酮超
a
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作用显著影响涂层的摩擦学性能. Yu等 发现温度和 声清洗并吹干. 将基体在150~200 ℃下预热3 min，喷
摩擦偶件材料显著影响MoAlB陶瓷25~800 ℃内的摩 涂喂料在干燥箱中80 ℃条件下干燥0.5 h，随后采用等
擦学性能，与MoAlB/Inc718摩擦副相比MoAlB/Al O 3 离子喷涂系统(DH-2 080)按照表1所示的最佳喷涂参
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摩擦副具有高的摩擦系数和磨损率. Valefi等 和Kong 数制备涂层. 喷涂样品自然冷却后机械抛光至R 约为
a
等 研究了陶瓷偶件对ZrO 基复合材料宽温域内摩 0.2 μm，用于评价涂层的摩擦磨损性能.
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擦性能的影响规律，发现涂层与Al O 对摩时摩擦系 1.2 摩擦试验
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数与磨损率均低于与Si N 对摩. 从现有文献看，研究 采用球-盘接触式单向高温摩擦试验机(中科凯
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人员考察偶件材料对材料摩擦学行为的影响规律时
表 1 等离子喷涂参数
大多局限于高硬度的陶瓷材料，但实际应用中金属材
Table 1 The plasma spraying parameters for the
料反而为承载和挤压条件下的首选材料；且针对偶件 Ni 3 Al matrix composite coating
材料对Ni Al基宽温域润滑材料摩擦学性能影响的相
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Current/ Voltage/ Ar flowrate， H 2 flowrate， Spray distance/
关研究较少. A V L/min L/min mm
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孙玉利等 和Badisch等 证实摩擦偶件硬度的 500 80 140 9 100