Page 47 - 《摩擦学学报》2021年第1期

44 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

(a1) (a2) (a3) (a4)
Particles
Groove
Particles
Grooves
Particles
10 μm 10 μm 10 μm 10 μm

(b1) Ti (b2) Ti (b3) Ti (b4) Ti

10 μm 10 μm 10 μm 10 μm

(c1) O (c2) O (c3) O (c4) O

10 μm 10 μm 10 μm 10 μm

Fig. 8 Backscatter images and elemental mapping of the worn ball sliding with different amount of quartz addition amount：
(a1)/(a2)/(a3) 0%，(b1)/(b2)/(b3) 4%，(c1)/(c2)/(c3) 8%，(d1)/(d2)/(d3) 12%
图 8 与不同石英添加量涂层磨损后摩擦对偶球的表面背散射形貌及EDS面扫描：(a1)/(a2)/(a3) 0%，(b1)/(b2)/(b3) 4%，
(c1)/(c2)/(c3) 8%，(d1)/(d2)/(d3) 12%

表 3 摩擦对偶球表面EDS测试结果 (原子百分比) 用较弱，磨屑被推向磨痕两侧而未对磨损界面形成润
Table 3 EDS results of grinding ball surface
滑作用，且气孔边缘与摩擦对偶接触部位容易被碾压
(Atomic fraction)
而破损，形成脆性断裂和磨粒磨损，使涂层摩擦系数

Sample φ(Si)/% φ(N)/% φ(O)/% φ(Al)/% φ(Ti)/% φ(Na)/%
增大、波动幅度加剧. 而当添加质量分散为8%和
0% 60.6 27.6 7.2 3.2 1.4 0.1
4% 60.3 27.1 8.2 3.2 0.9 0.1 12%时，涂层内部气孔率低且气孔密度高，气孔率对
8% 54.8 32.7 8.0 3.3 1.1 0.1
涂层耐磨性的影响程度减弱，而更加均匀且集中的气
12% 52.8 34.5 8.4 3.2 1.0 0.1
孔对裂纹扩展时所需能量势垒的增加更为显著，使裂
[18]
纹无法连续扩展 ，另一方面高密度的小孔径气孔对
偶球的Si含量逐渐降低，Al基本保持不变，这表明
磨屑的拦截作用增强，摩擦时产生的磨屑易将气孔填
SiO 和Al O 可增大涂层内部的结合强度，使其组织
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2
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满，大量磨屑被气孔拦截后形成片层状密实结构，减
结构更加致密和完整，并在磨损过程中难以剥落和转
小了摩擦对偶与涂层的接触面积，进而减弱对涂层的
[21]
移 ，石英中SiO 含量较多，故其转移量的减少幅度
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划伤能力；涂层脆性断裂程度减缓，避免了涂层磨损
较为明显.
表面发生坍塌而引起大面积损伤，使磨粒磨损仅发生
图9为不同气孔率及气孔密度涂层磨损机理示意
在涂层浅表层.
图. 摩擦过程中气孔在摩擦对偶剪切力的作用下而破
3 结论
损，形成较多的块状剥落物后被碾压成细小的磨屑，
其中硬质颗粒相TiO 使磨痕底部形成尖锐的凹槽，而 a. 石英可增加搪瓷涂层高温烧结时的黏度，为气
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细小磨屑可对磨损界面起到润滑作用进而稳定磨损 孔形成提供形核位点，并通过阻碍气体迁移和聚集而
功耗. 由图9(a)可知，当石英添加质量分数为0%和 使涂层气孔率降低，硬度增加. 界面处较多数量锯齿
4%时，涂层气孔率高且气孔密度低，对磨屑的拦截作 状枝晶的存在，使涂层与基体结合性增强.