Page 45 - 《摩擦学学报》2021年第1期

42 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

加量过多时，涂层中气孔的形核位点增多，但烧结反 300 700
应进行困难使气体生成量显著减少，部分形核位点未
[24]
捕获到气体，故其对涂层气孔密度的影响程度减弱 . 200 650
图4所示为不同石英添加量涂层表面粗糙度及显 Surface roughness/nm
微硬度变化曲线. 由图4可知，添加质量分数为0%、 Hardness
4%、8%和12%的涂层表面粗糙度(R )分别为166.2、 100 600
a
184.31、202.4和223.32 nm，显微硬度分别为HV 601.74、 Surface roughness
Hardness
HV 614.24、HV 628.36、HV 635.8. 其中涂层表面粗糙 0 550
0 4 8 12
度随石英添加量的增加呈线性增大趋势. 这是由于烧 Quart content/%

结时石英溶解使涂层表面张力增大、流平性降低，进 Fig. 4 Surface roughness and microhardness of enamel
[17]
而导致表面粗糙度增大 . 石英添加质量分数由4%增 coating with different quartz addition amount
图 4 不同石英添加量涂层表面粗糙度及显微硬度值
至8%时，表面硬度增加明显，且其增加趋势与涂层气
孔率降低趋势相对应[见图3(a)]，表明涂层表面硬度与
的鱼鳞状剥落层和剥落坑的面积均降低，且剥落层未
气孔率相关，随着石英添加量的增大，涂层致密度及
完全从涂层表面剥离，其与涂层间仅存在裂纹. 表明
硬度增大，抗压能力增强.
涂层中气孔密度较高时可缩短裂纹的扩展路径，使剥
图5为不同石英添加量涂层落球冲击试验结果.
由图5可知，所有涂层试样表面均未观测到裸露的基 落坑面积减小，另一方面阻碍其向涂层内部扩展，使
[25]
体，表明涂层与基体具有较好的结合性. 其中添加质 涂层抗冲击能力增强 .
量分数为0%和4%的涂层，表面破碎成鱼鳞状的剥落 2.3 涂层摩擦磨损性能
层，并从涂层表面剥离而形成直径约为5 mm的剥落 图6为不同石英添加量涂层摩擦系数、磨痕二维
坑. 而添加质量分数为8%和12%的涂层，冲击后形成 轮廓及磨损率和磨痕深度对应关系. 由图6(a)可知，所

0% Quartz 4% Quartz 8% Quartz 12% Quartz

Cracks

Spalling pits Spalling Cracks
pits
5 mm 5 mm 5 mm 5 mm

Fig. 5 Mechanical impact test results of enamel coatings with different quartz addition amount
图 5 不同石英添加量涂层机械冲击试验结果

0.7 9 Wear rate 40
0.6 0% Quartz 4% Quartz 0 8 7 Wear of death 35
Friction coefficient 0.4 8% Quartz 12% Quartz Wear depth/μm −10 12% Quartz Wear rate×10 −5 /[mm 3 /(N·m)] 6 5 4 3 25 Wear of death/μm
30
0.5
20
8% Quartz
−20
0.3
15
4% Quartz
0.2
0.1 −30 0% Quartz 2 1 10
5
0.0 −40 0 0
0 5 10 15 20 25 30 0 0.5 1.0 1.5 2.0 0 4 8 12
Time/min Wear width/μm Quartz content/%
(a) (b) (c)

Fig. 6 The friction coefficient (a)，two-dimensional profile of wear track (b) and the relationship between wear rate and
track depth (c) of the coatings with different quartz addition amount
图 6 不同石英添加量涂层的摩擦系数(a)、磨痕二维轮廓(b)及磨损率与磨痕深度对应关系(c)