Page 90 - 摩擦学学报2025年第9期

1344 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

316L不锈钢球的磨损形貌和直径；利用MH-5-VM显 在喷涂之后发生了明显的相转变，即复合涂层的XRD谱
微硬度计对2种涂层的显微硬度进行了表征，每种涂 图中AlO(OH)相消失，均转变为高衍射强度的γ-Al O
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层测试10次，并求取平均值，测试载荷为3 N，保压时 相(2θ≈45.9°和2θ≈66.9°处)，其原因是在喷涂过程中，
间为10 s. 用拉曼光谱仪(HORIBA Jobin Yvon S.A.S， AlO(OH)/C喷涂粉末经过等离子高能焰流时，高的焰

LabRAM HR Evolution，France)对涂层磨痕进行表征. 流温度导致AlO(OH)脱水变为新相Al O . 同时，复合
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1.3 涂层摩擦性能测试 涂层中仍然存在C相，但是复合涂层中C相的衍射峰
在UMT-3MT摩擦试验机上以往复摩擦模式完成 强度明显弱于复合粉末中C相的强度(2θ≈26.6°)，这说
涂层的干摩擦试验，具体摩擦条件为室温，相对湿度 明在喷涂AlO(OH)/C粉末的过程中，粉体中的部分C在
为20%±5%，振动频率为20 Hz，振幅为2.5 mm，载荷 高能焰流中有所损失. 另外，值得注意的是，AlO(OH)/C
分别为3、5、10、20 N，摩擦时长为35 min，滑动总距 粉末经过等离子喷涂后并没有转变为α-Al O ，而是全
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离为420 m，摩擦对偶316L不锈钢球直径为6 mm. 在 部转变为了亚稳定相γ-Al O ，其原因是熔融液滴撞击
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摩擦测试之前，对喷涂后的陶瓷涂层进行机械研磨和 到冷基体时温度快速下降，导致优先生成了不稳定的
抛光，其表面粗糙度R ≈0.2 µm. 采用Micro-XAM-3D γ-Al O 相. 除此之外，喷涂所形成的Al O /C复合涂层
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非接触式表面轮廓仪(ADE Corporation，Massachusetts， 中未检测到其他相存在.
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USA)检测磨损体积；涂层磨损率(W/[mm /(N·m])通过 图2所示为Al O 喷涂粉末及其涂层的SEM照片
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公式 W = V/(PL)计算得出，式中 为涂层的磨损体 和XRD谱图，Al O 喷涂粉末亦为中空结构的球形，其
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积，单位为mm ， P为施加载荷，单位为N， L为总滑动 粒径分布范围为22~53 µm. 从其粉末和涂层的XRD谱
距离，单位为m. 用奥林巴斯显微镜测量316L不锈钢 图中可以看出，Al O 喷涂粉末为α-Al O 相，喷涂得到
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球的磨痕直径，精度为0.01 mm. 不锈钢球的磨损量(V ) 的Al O 涂层中存在大量的γ-Al O ，这是由于γ-Al O 3
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由公式 V b = πρ /(4r)计算得出，式中 ρ是磨痕的半径， 比α-Al O 具有更低的形核能，α-Al O 粉体经过高能
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单位为mm， r是球的半径，单位为mm. 最终，不锈钢 等离子焰流形成的熔滴撞击到金属基体时，过高的温
球的磨损率(W )依据 W b =V b /(PL)公式求得. 度梯度导致了Al O 熔融液滴的急速冷却和凝固，导
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致无法转化为稳定的α-Al O 相 ，最终形成了γ-Al O .
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2 结果与讨论 此外，从XRD谱图中还可以看到，涂层中仍含有部分
2.1 喷涂粉末及Al O /C复合涂层和Al O 涂层的 α-Al O 相，其主要来源为喷涂粉末中半熔融或未熔融
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微观结构表征 的Al O 粉体颗粒.
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喷雾造粒制备的AlO(OH)/C粉末呈类球形，且粉 图3所示为AlO(OH)/C和Al O 喷涂粉末分别经大
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末的中心多为中空结构，这与喷雾造粒的工艺密切相 气等离子喷涂后得到的Al O /C复合涂层和Al O 涂层
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关，其喷涂粉末粒径在15~45 µm之间，如图1(a)所示. 的表面形貌的SEM照片. 2种涂层的表面均呈现出部
如图1(b)所示，从制备的AlO(OH)/C喷涂粉末和其制 分熔融状态良好的薄饼状，涂层都是由完全熔融区域
备的复合涂层的XRD谱图可以看出，AlO(OH)/C粉末 和部分熔化的颗粒组成. Al O /C复合涂层的表面存在
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(a) (b)
Intensity/a.u. C Powders
Coating
γ-Al 2 O 3
AlO(OH)
50 μm 10 20 30 40 50 60 70 80 90
2θ/(°)
Fig. 1 (a) SEM micrograph and (b) XRD pattern of AlO(OH)/C powder and composite coating
图 1 AlO(OH)/C粉末喷涂粉末的(a) SEM形貌照片及其(b) 复合涂层的XRD谱图