Page 92 - 摩擦学学报2025年第9期

1346 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

表 2 Al 2 O 3 /C复合涂层和Al 2 O 3 涂层的 导致涂层中的碳元素和氧元素的含量降低. 由于相组成
孔隙率和显微硬度值
的差异和石墨的固有硬度偏低，并且喷涂中氧化、升华
Table 2 Porosity and Microhardness value of Al 2 O 3 /C
和AlO(OH)相的脱水造成涂层的孔隙率较大，涂层不
coating and Al 2 O 3 coating
够密实，导致复合涂层的硬度(479.0 HV0.3±7.2 HV0.3)
Coating Porosity/% Microhardness/HV0.3
Composite coating 7.1±0.9 479.0±7.2 低于氧化铝涂层的硬度(777.7 HV0.3±15.3 HV0.3)，并
Al 2 O 3 coating 5.3±0.5 777.7±15.3
将2种涂层的硬度值列于表2中.
2.2 Al O /C复合涂层和Al O 涂层的摩擦磨损
2
3
3
2
涂层，其涂层截面中均存在一定的孔隙，但Al O /C Al O /C复合涂层和Al O 涂层的实时摩擦系数曲
3
2
复合涂层的截面表现得更为疏松和粗糙，其孔隙中存 2 3 2 3
线如图6(a)和(b)所示，2种涂层的摩擦系数曲线均具有
在更多的微裂纹[图4(b)]；而Al O 涂层截面形貌更为 2种不同的状态，即摩擦过程的磨合状态和稳定状态，
3
2
致密和光滑，且孔隙尺寸更小[图4(d)]. 2种涂层中存 2种状态分别对应着不同的磨损机制 . 在磨合阶段，
[17]
在的孔隙和微裂纹一方面与喷涂粉末的特性有关，同 因为需要对抗材料的粗糙表面，同时摩擦副之间的接
时也是大气等离子喷涂制备陶瓷涂层的典型结构，所 触面积不断增加，导致摩擦系数迅速上升. 随后涂层
制备的2种涂层主要缺陷均由气孔、微裂纹和熔融或 表面凹凸程度逐渐平滑，摩擦系数也趋于稳定 . 在不同
[17]
未熔融粒子的内部边界组成. 载荷下(3、5、10和20 N)，Al O /C复合涂层与不锈钢对
2
3
图5所示为Al O /C复合涂层和AlO(OH)/C粉末在 偶球之间的平均摩擦系数分别约为0.37、0.35、0.26和
3
2
整个微观形貌区域的SEM照片和面扫EDS元素分布 0.25，如图6(c)所示. 显然，复合涂层在载荷增大时摩
照片. Al O /C复合涂层中元素分布均匀，但值得注意的 擦系数明显降低，当载荷从5 N增大到10 N时，摩擦系
2
3
是，复合涂层中碳元素和氧元素的含量相比粉末中均 数降低了26%. 在摩擦测试开始的500 s内[图6(a)]，
有所降低，是因为极高的焰流温度致使部分石墨颗粒 Al O /C复合涂层的摩擦曲线均出现了明显的高摩擦
2 3
在通过等离子焰流时发生了石墨的升华和氧化，同时 峰，并在一段时间后摩擦曲线趋于稳定，高摩擦峰标
氧元素参与了氧化过程，产生碳氧化物或二氧化碳，所以 志着涂层摩擦界面处脆性断裂的开始，引起复合涂层

(a) (b)

300 μm Exfoliation
Al 2 O 3 -C

NiCrAlY Pores
Substrate 100 μm 50 μm
(c) (d)
Exfoliation

310 μm Pores

Al 2 O 3
NiCrAlY

100 μm 50 μm
Substrate
Fig. 4 SEM micrographs of cross-section of (a, b) Al 2 O 3 /C coating and (c, d) Al 2 O 3 coating
图 4 (a, b) Al 2 O 3 /C复合涂层和(c, d) 氧化铝涂层纵截面形貌的SEM照片