Page 108 - 《摩擦学学报》2021年第3期

第 3 期 赵高攀, 等: 合金元素Ta、Ag对镍基合金机械性能和摩擦学性能的影响及机理研究 397

分氧化，而高温时形成润滑相有关. 相比NCT材料， 摩擦系数波动较大，这与磨损表面润滑膜的连续性及
NCTA材料在室温和800 ℃时具有更低的磨损率，但 光滑程度有关.
400 ℃时的磨损率略有增加，这可能与Ag的氧化和材 对比四种材料来看，在宽温域，NCTA材料表现出

料硬度有关. 较短的磨合期及较为稳定的摩擦系数，而NCT在中高
图4给出了四种复合材料分别在室温、400 ℃和 温下具有较小的摩擦振荡和较为稳定的摩擦系数.

800 ℃下摩擦系数随时间的变化曲线. 首先直观地看 2.3 复合材料的磨损表面形貌及磨损机理分析
到室温下四种材料的摩擦系数振荡较大，表明经历了 图5~6给出了镍基复合材料在不同测试温度下的
密集变形，随温度升高摩擦系数振荡显著减小. 摩擦 磨损表面形貌和磨损表面的XRD及Raman图谱. 可以
的第一阶段是磨合期，室温下观察到NC、 NCTA材料 看出室温时，NC合金磨痕宽度较宽，可达3.25 mm，磨
没有明显的磨合期并且摩擦数值较为稳定，而NCT和 损表面产生大片的剥落并且存在磨屑，表明其磨损机

NCA磨合期分别持续约1 100 s和402 s，同时在2 250 s 理为黏着磨损.NCT材料磨损表面出现剥落和较多的
和1 125 s之前摩擦系数波动较大. 可以看出NCT、 磨屑，同时存在少量的微裂纹和犁沟，表明磨损机理
NCTA材料表现出较大的摩擦系数振荡，这与生成硬 以磨粒和黏着磨损为主.NCA合金的磨痕较窄为1.14 mm，

质碳化物有关. 在400 ℃时，NC、NCA的磨合期超过了 磨损表面观察到明显的犁沟并存在裂纹和局部润滑
500 s，NCA磨合期可达到755 s；而NCT、 NCTA材料 层，其磨损机理为微犁沟和黏着磨损. NCTA材料磨损
的磨合期均小于500 s，整体表现出较为稳定的摩擦数 表面覆盖着1层由于剥落产生的细小磨屑，其磨损机
值，同时NCT摩擦系数振荡较小，NCTA具有较短的磨 理为黏着磨损. 从XRD结果可以看出，室温摩擦测试
合期及稳定的摩擦系数，这可能与碳化物和银的协同 后，材料磨损表面未生成新相，由于NCA材料中Ag可
作用有关. 在800 ℃时，NC和NCT显示出较短的磨合 在室温下起到有效的润滑作用，因此NCA获得了良好
期（小于250 s），并且表现出较小的摩擦系数振荡和稳 的室温摩擦学性能；其他三种材料由于存在硬质
定的摩擦系数；而NCA、NCTA磨合期较长，同时整体 TaC或Al O 颗粒及缺少低温润滑剂，导致摩擦系数和
3
2
1.0 1.0
(a) (b) NC
0.9 0.9
NCT
0.8 0.8 NCA
NCTA
0.7
0.7
Friction coefficient 0.5 Friction coefficient 0.5
0.6
0.6
0.4
0.4
0.3
NCT
0.2
0.2
Grinding-in NC 0.3
NCA
0.1 NCTA 0.1
0.0 0.0
0 500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000 3 500 0 500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000 3 500
Time/s Time/s
1.0 0.55
(c) NC (d) NC
0.9 NCT 0.50 NCT
NCA NCA
0.8
NCTA 0.45 NCTA
0.7
Friction coefficient 0.6 Friction coefficient 0.35
0.40
0.5
0.4
0.30
0.3
0.25
0.2
0.20
0.1
0.0 0.15
0 500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000 3 500 0 250 500 750 1 000 1 250 1 500
Time/s Time/s

Fig. 4 Comparison on friction coefficient curves with time of Ni-based composites at elevated temperatures：(a) RT，
(b) 400 ℃，(c) 800 and (d) local magnified (c)
图 4 镍基复合材料在不同温度下摩擦系数随时间的变化曲线的对比：(a)RT，(b)400 ℃，(c)800 ℃，(d)图(c)局部放大图