Page 6 - 《摩擦学学报》2020年第6期
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第 6 期 范祥娟, 等: Ni 3 Al基涂层与不同材料配副时宽温域的摩擦学行为 689
华，HT-1 000)测试不同摩擦副宽温域(25~800 ℃)内的 试温度分别为25、200、400、600和800 ℃，滑动速度
摩擦学性能. Ni Al基涂层为盘(Φ20 mm×5 mm)，摩擦 1 m/s，旋转半径5 mm，滑动时间20 min. 摩擦系数由
3
偶件分别为Φ6 mm的316L和Al O (表2)，摩擦试验前 试验机通过力传感器自动记录，每组试验重复3次取
2
3
将盘和摩擦偶件在丙酮中超声清洗10 min后吹干. 测 平均值.
表 2 316L和Al 2 O 3 摩擦偶件的室温物理性能和机械性能
Table 2 Physical and mechanical properties of 316L and Al 2 O 3 counterpart balls at room temperature
3
Material Density/(g/cm ) Hardness/HV Thermal conductivity/[W/(m·k)] Maximum contact pressure/GPa
316L 7.87 326.69 15.1 1.40
3.95 1 680.30 20 1.65
Al 2 O 3
1.3 测量与分析 (N·m)，Ni Al/Al O 由9.12×10 mm /(N·m)下降至6.14×
−4
3
3
3
2
−4
3
采 用 高 温 维 氏 显 微 硬 度 计 (Archimedes HTV- 10 mm /(N·m)；在400~600 ℃，随温度升高磨损率均
PHS30)测量316L和Al O 在不同温度时的显微硬度，
2 3 小幅度升高，Ni Al/316L和Ni Al/Al O 摩擦副分别上
3
2
3
3
加载30 N，保压10 s，每组试验重复10次取平均值. 升至1.028×10 mm /(N·m)、7.89×10 mm /(N·m)；而在
3
−3
−4
3
采用二维轮廓仪(中科凯华，MT-500)测试涂层的 600~800 ℃，随温度升高磨损率大幅下降至最低值，
磨损体积，磨损率(W)通过公式W=V/(FS)求得，其中：
Ni Al/316L和Ni Al/Al O 摩擦副磨损率分别为2.4×
3
3
2
3
3
V-磨损体积(mm )，F-载荷(N)，S-滑动距离(m).
采用配有能量色散谱(EDS，AMETEK EDAX)的 0.4
316L
场发射扫描电子显微镜(SEM，Quanta450FEG)分析磨 Al 2 O 3
痕、磨斑和磨屑的形貌、显微组织及元素组成；利用拉 0.3
曼光谱(LabRAM HR800，波长532 nm)表征磨损表面 Friction coefficient
和磨斑表面的成分；采用X射线光电子能谱仪(XPS，
ESCALAB 250Xi)分析磨损表面元素的化学结合状 0.2
态，并用XPSPEAK软件进行光谱的拟合.
0.1
2 试验结果 0 200 400 600 800
Temperature/℃
2.1 涂层摩擦学性能
Fig. 1 Friction coefficient curves of the coating varying
图1为25~800 ℃内涂层分别与316L和Al O 对摩 with temperature coupled with 316L and Al 2 O 3
3
2
时摩擦系数的变化曲线. 可以看出，25~800 ℃内Ni Al/ 图 1 25~800 ℃内涂层分别与316L和Al 2 O 3 对摩时
3
摩擦系数的变化曲线
316L和Ni Al/Al O 摩擦副的摩擦系数具有一致的变
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2
3
化规律. 在25~400 ℃，随温度升高摩擦系数均呈逐渐 16
316L
下降的趋势，并且Ni Al/Al O 摩擦副具有较高的摩擦 Al 2 O 3
3
3
2
系数(Ni Al/316L摩擦副由0.32降至0.23，Ni Al/Al O 由 12
3
3
3
2
0.34降至0.26)；而在400~600 ℃，随温度升高摩擦系数
呈上升的趋势(Ni Al/316L和Ni Al/Al O 摩擦副分别 Wear rate/[10 −4 mm 3 /(Nm)] 8
3
2
3
3
升至0.26、0.28)；在600~800 ℃，随温度升高摩擦系数 4
均呈下降趋势，且Ni Al/Al O 摩擦副的下降幅度更
2
3
3
大，其摩擦系数降至最低值0.15. 0
图2为25~800 ℃内两种摩擦副中涂层磨损率的变 0 200 400 600 800
Temperature/℃
3
−4
化曲线. 可以看出，磨损率均保持在10 mm /(N·m)数
Fig. 2 Curves of the wear rate of the coating varying
量级. 在25~400 ℃，随温度升高磨损率均呈下降的趋势，
with temperature coupled with 316L and Al 2 O 3
并且Ni Al/316L摩擦副具有更高的磨损率(Ni Al/316L 图 2 25~800 ℃内涂层分别与316L和Al 2 O 3 对摩时
3
3
3
−4
3
−3
摩擦副由1.143×10 mm /(N·m)下降至8.30×10 mm / 涂层磨损率的变化曲线
