Page 129 - 《摩擦学学报》2021年第3期

418 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

1 400 0.60
N2 Ti6Al4V
1 200 N1 0.55 N1
N2
Microhardness/HV 0.5 800 Friction coefficient 0.45
0.50
1 000

0.40
600
400 Load: 5 N 0.35
Time: 15 s
Coating Substrate 0.30
200
0 200 400 600 800 1 000 1 200 1 400 0 300 600
Distance from the surface/μm Temperature/℃

Fig. 4 Microhardness curves of composite coatings Fig. 5 The average friction coefficients of the substrate and
图 4 复合涂层的显微硬度曲线 composite coatings at three temperatures
图 5 三种温度下基体和复合涂层的平均摩擦系数
[18]
TiC/TiB/Ti Ni 均匀地分布在熔覆层内，产生弥散强化 ；
x
y
二是熔池的冷凝速度很快，其中的Cr、Fe和Si等合金 TiC TiB Ti 3 SiC 2
γ-Ni Ti x Ni x
元素来不及充分反应，最终溶入固溶体中形成固溶强
TiO 2 SiO 2
[9]
化 ，且由于存在较大过冷度，抑制晶粒长大，从而导 600 ℃
致细晶强化；三是润滑相Ti SiC 具有陶瓷和金属双重 Intensity
2
3
性能，能改善复合涂层的力学性能 [14] . 结合图2的
XRD结果可知，N1涂层的金属间化合物Ti Ni 的波峰 300 ℃
x
y
较N2涂层高，因此导致N1涂层显微硬度高于N2；另
外，从图3(b)中可以看出，当Ti SiC 粉末含量增加后，
2
3
20 30 40 50 60 70 80
由于Ti SiC 和Ni60合金粉末间的润湿性较差，致使孔 2θ/(°)
2
3

隙率上升，从而导致显微硬度降低 [19-20] . 另一方面，在 Fig. 6 XRD patterns of N1 coating wear surface at
距表面100~260 μm范围内，N1涂层显微硬度略低于 300 ℃ and 600 ℃
图 6 N1涂层在300 ℃和600 ℃下磨损表面的XRD图谱
N2，是因为N1涂层的熔池区域较大，硬质相分散，产
生的强化作用低于N2，但越靠近底部界面处，形成的 主要是当温度为300 ℃时，Ti SiC 添加量增加后，涂
3
2
[9]
金属间化合物增多，硬度随之呈上升趋势 . 层表面产生的薄氧化物膜结合力差，易发生分离、剥

2.3 摩擦学性能 落 ，形成硬质磨粒，增大了摩擦对偶球在运动中的摩
[2]
图5为基体和两种复合涂层在不同温度下的平均 擦阻力，但是随着温度上升，氧化膜厚度和致密性增
摩擦系数. 在各温度下，基体的平均摩擦系数相对最
加，并与Ti SiC 协同润滑导致摩擦系数下降.
2
3
高，且其随着温度的升高而逐渐下降，分别为0.51、 图7是不同温度下基体与各涂层的磨损率，可以
0.49和0.47，原因是温度升高致使基体表面产生了1层 明显地看出，基体的磨损率相对最大，在室温、300和
[21]
−5
由TiO 构成的、具有一定的减摩作用的致密氧化膜 . 600 ℃的磨损率分别为35.96×10 、25.99×10 和15.18×
−5
2
N1涂层在各温度下平均摩擦系数相对最低，且随着温 10 mm /(N·m)，说明其耐磨性较差；而两种涂层的表
−5
3
度的升高而逐渐下降，分别为0.39、0.35和0.30，这是 现均远好于基体，其中，N2涂层的磨损率相对最低，其
由于N1涂层硬度较高，表面抵抗弹塑性变形的能力较 对 应 的 磨 损 率 分 别 为 1.45×10 、 0.96×10 和 0.62×
−5
−5
[22]
-5
3
强，减小了切向摩擦阻力 . 另外，Ti SiC 在激光熔覆 10 mm /(N·m)；而N1涂层的磨损率分别为3.07×10 、
−5
2
3
[23]
−5
3
−5
过程中发生分解 ，结合图6可以看出，其产物在高温 1.47×10 和0.77×10 mm /(N·m). 综上，Ti SiC 的添加
2
3
[24]
摩擦磨损过程中部分氧化，生成TiO 及SiO 2 ，这两 显著改善了材料表面的摩擦学性能，主要表现为两种
2
种氧化物与Ti SiC 在磨损表面起到了润滑和减摩的 涂层在不同的温度下，N1涂层具有更好的减摩性，
3
2
作用，降低了高温下涂层的摩擦系数 [2,25] ；N2涂层的平 N2涂层具有更好的耐磨性.

均摩擦系数从室温到300 ℃时呈上升趋势，但是在 2.4 磨损机理分析
300~600 ℃时又有所下降，分别为0.41、0.45和0.44，这 图8为不同温度下合金基体和N1、N2涂层的磨损