Page 110 - 《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 399

(a) Ni-based solution (b) Ni-based solution
TaC TaC
Al 2 O 3 Al 2 O 3
Ag Ag
NiO
Intensity/a.u. NCTA Intensity/a.u. NCTA

NCA NCA
NCT NCT
NC NC

10 20 30 40 50 60 70 80 10 20 30 40 50 60 70 80
2θ/(°) 2θ/(°)

(a) Ni-based solution (d) NiO
TaC Al 2 O 3 Ag 2 MoO 4
MoO 3 MoO 2
Ag NiO
Cr 2 O 3 Ag 2 MoO 4
Intensity/a.u. NCTA Intensity/a.u. Inside wear track

NCA
NCT
NC Outside of wear track

10 20 30 40 50 60 70 80 200 400 600 800 1 000 1 200
2θ/(°) Raman shift/cm −1

Fig. 6 XRD patterns of wear surface of Ni-based composites at (a) RT，(b) 400 ℃，(c) 800 ℃. (d) Raman analysis of
inside and outside of wear track of NCTA after 800 ℃ test
图 6 镍基复合材料磨损表面的XRD图谱：(a) RT，(b) 400 ℃，(c) 800 ℃，(d) NCTA在800 ℃下磨痕内外的Raman图谱

耐磨性能. 3D轮廓直观地显示了镍基材料的磨损率随温度变化
800 ℃时，NC合金磨损表面变得较为光滑并且存 的情况. 在室温时，NC、NCT、NCTA三种材料的磨痕
在微犁沟和局部剥落坑，其磨损机理为微犁沟和黏着 宽且深，而NCA合金磨痕窄且浅，所对应的磨损率较
磨损.NCT材料磨痕继续减小为0.88 mm，磨损表面形 低；NC的磨痕宽度约为3.25 mm，深度约为41.2 μm；

成连续的釉质层，并存在大量细小的犁沟，磨损机理 NCT、 NCTA磨痕相比NC有所减小，磨痕宽度约为
以微犁沟为主.NCA材料磨损表面的润滑膜变得连 2.08和2.28 mm，NCTA深度略低，为38.9 μm. 在400 ℃
续，同时存在少量剥落，其磨损机理为塑性变形和黏 时，NC磨痕宽度降低为1.88 mm，而深度进一步增大
着磨损. NCTA材料磨损表面覆盖着1层更加光滑、连 为47.7 μm；NCA的磨痕宽深同时增大，尤其深度可达
续的润滑膜，使得复合材料具有低的摩擦系数和磨损 45.1 μm；而NCT、NCTA的磨痕宽度降至1.21 mm左
率，磨损机理为塑性变形. 磨损表面XRD图谱表明：由 右，深度分别降低为15.2和22.8 μm，NCT表现出较低
于高温氧化，四种材料均生成了NiO，NCA材料发生 磨损，这与磨损率变化[图3(b)]和磨损表面形貌[图5(b)]
摩擦化学反应生成Cr O 和高温润滑相Ag MoO ，从 一致. 当温度升高到800 ℃时，四种镍基材料的磨痕均
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而减少了摩擦磨损[图6(c)]；而NC合金由于氧化物碎 变得浅且窄，NC、NCA、 NCTA的磨痕宽度约为1.1 mm
片未形成连续润滑膜，从而使得摩擦系数及磨损率较 左右，深度分别为27.6、10.2和9.6 μm；而NCT的磨痕
高；NCT、NCTA材料中TaC相在800 ℃时依然未被氧 宽度低至0.87 mm，但深度为12.8 μm. 经过磨损率计
化，表明其热稳定性高. 结合磨痕Raman分析，尽管未 算，NCTA具有较低磨损率；结合800 ℃时NCTA的磨
形成钽酸盐，但由于磨损表面在摩擦过程中形成的氧 损表面形貌[图5(c)]推测，较低的磨损率归因于磨损表
化物、钼酸银和Ag的协同润滑作用，NCTA材料仍具 面形成了连续润滑膜.

有良好的高温润滑性能. 2.4 复合材料宽温域内的机械性能
为了进一步直观并且准确表征材料的磨损程度， 图8给出了四种镍基复合材料宽温域(RT~1 000 ℃)
研究了不同温度下磨痕的三维轮廓，结果如图7所示， 内机械性能的对比，可以看出四种材料的拉伸和压缩