Page 8 - 《摩擦学学报》2020年第6期

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 691

(a) (b) (c)
Peeling
Peeling
Crack
A
A
B

100 μm 100 μm 100 μm

(d) (e)

100 μm 100 μm

Fig. 4 SEM micrographs of worn surfaces of the coating coupled with Al 2 O 3 ：(a) 25 ℃；(b) 200 ℃；(c) 400 ℃；(d) 600 ℃；(e) 800 ℃
图 4 涂层与Al 2 O 3 对摩时磨损表面形貌的SEM照片：(a) 25 ℃；(b) 200 ℃；(c) 400 ℃；(d) 600 ℃；(e) 800 ℃

落坑和疲劳裂纹[见图4(a)中A、B和图5(d)中A、B]，形 Ni Al/Al O 摩擦副的磨粒磨损更严重，这一现象与图1
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成的磨屑主要成分为Ni、Al和Ba(见表3)，且磨屑中 摩擦系数的结果相吻合.
Al元素和Ba元素的含量明显高于Ni Al/316L摩擦副. 400 ℃时，两种摩擦副的涂层均发生疲劳剥层[见
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因等离子喷涂涂层中存在孔隙等缺陷；且由表2可知 图3(c)中A、图7(a)中A和图4(c)中A和图7(c)中A]，其
Al O 的硬度为HV1 680.30，通过公式计算得Al O 与 中，Ni Al/316L摩擦副产生的片状磨屑小而厚，而
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涂层的局部最大接触应力高达1.65 GPa，因此在高循 Ni Al/Al O 摩擦副的片状磨屑大而薄[见图7 (b和d)]，
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环接触应力作用下涂层表面更易萌生裂纹并扩展. 同 这一结果与图7 (a和c)中剥落坑深度对应；与此同时，
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时，Ni Al和BaF /CaF 共晶在室温下具有本征脆性 ， 与Al O 对摩时涂层还发生严重的塑性变形，而与316L
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在高接触应力下Ni Al和BaF /CaF 颗粒易被拔除；且 对摩时发生轻微的磨粒磨损和黏着磨损[见图7(a和c)].
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Al O 韧性较差，在摩擦过程中表面微凸体会发生部 这是由于随温度升高涂层热应力在摩擦过程中的作
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分断裂，因而形成以Ni、Al和Ba为主要元素的层片状 用更加突出，导致涂层均发生疲劳剥层磨损；而与Al O 3
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剥 落 使 涂 层 变 得 粗 糙 [见 图 4(a)中 A、 图 5(d)中 A和 对摩时涂层在高的循环接触应力作用下易发生塑性
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图5(e)]，增加了滑动过程中的摩擦阻力 . 涂层严重 变形，进一步减少缺陷 ，使剥落的片状磨屑较薄且
的剥层磨损不利于Ag润滑膜的有效铺展(见表3)，导 数量较少，涂层具有低的磨损率(图2). 316L和Al O 的
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致Ni Al/Al O 摩擦副较Ni Al/316L摩擦副更高的摩擦 硬度随温度升高逐渐降低，且在相同温度下Al O 的
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系数(见图1). Al O 的热导率为20 w/(m·k)，数值较低， 硬度明显高于316L (见图6)，因此，摩擦过程中Al O
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摩擦过程中产生的大量摩擦热不能及时耗散，部分磨 对涂层的犁削作用更强，导致Ni Al/Al O 摩擦副具有
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屑软化后贮存在剥落坑中或粘附于磨损表面[见图 高的摩擦系数(见图1).
4(a)和图5(d)]，使涂层具有相对较低的磨损率(见图2)， 3.2 高温(400~800 ℃)段温度和摩擦偶件材料对涂
涂层主要表现为剥层磨损和磨粒磨损. 对比两种摩擦 层摩擦学行为的影响
副 的 磨 痕 截 面 轮 廓 [见 图 5(c和 f)]看 出 ， 后 者 具 有 在400~800 ℃，随温度升高两种摩擦副的摩擦系
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Benkahoul 观察到的塑性变形特征，其凹槽顶部两侧 数和磨损率均先升高后降低. 因软金属Ag在450 ℃以
略 微 凸 起 ， 磨 沟 较 深 ， 磨 沟 底 部 更 加 粗 糙 ， 因 此 上失去润滑性能，而BaF /CaF 共晶在500 ℃才开始发
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