Page 94 - 摩擦学学报2025年第9期

1348 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

摩擦时，其复合涂层的摩擦曲线更为平稳[图6(a)]. 其 合涂层磨痕的3D形貌照片也可清晰地看出，Al O /C
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波动的产生原因与摩擦磨损过程中摩擦力的不断变 涂层的磨痕具有更大的磨损体积，如图7(a~d)所示，尤
化有关，由于Al O 是典型的脆性材料，在3 N和5 N 其当摩擦载荷为20 N时，Al O /C复合涂层磨痕的宽
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时，涂层在摩擦过程中受到法向载荷作用引起脆性开 度达到了约2.4 mm. 同时，如图7(e~h)所示，Al O 涂层
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裂，随着磨粒被碾压破碎，随后剥落的磨屑参与到磨 的磨损率也随着摩擦载荷的增大而大幅上升，在3 N和
损过程中，引起磨粒磨损，摩擦力瞬间增大，此时摩擦 5 N载荷摩擦测试后，Al O 涂层表面仅轻微磨损，其
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系数升高，此后随着磨粒被碾压破碎，接触面间的摩 磨痕深度很浅；在3、5、10、20 N载荷下，Al O 涂层的
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擦阻力减小，摩擦系数又逐渐降低，整个试验过程循 磨损率分别约为3.44×10 、1.20×10 、1.45×10 、2.14×
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环发生上述过程，因而出现较大波动. 当应力超过了材料的 10 mm /(N·m). 当摩擦载荷从3 N增至20 N时，Al O 3
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强度极限(10 N和20 N时)，涂层表面的Al O 凸峰被撕 涂层的磨损率上升了约62倍，而在同等条件下，Al O /C
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裂或切断、破碎后很快被碾平，同时摩擦过程中产生 复合涂层的磨损率仅上升约12倍，且在10 N和20 N载
的细小磨屑会在法向力作用下压入粗糙表面的凹坑 荷摩擦后，Al O 涂层的磨损率与Al O /C复合涂层的
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或者孔隙中，涂层表面变得光滑，摩擦曲线波动较小. 磨损率基本接近. 20 N载荷下摩擦试验后，Al O 涂层
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在3、5、10、20 N载荷下，Al O 涂层的摩擦系数分别 的磨痕宽度约为2.3 mm，磨痕表面也变得更为粗糙.
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为0.38、0.40、0.36和0.37，且载荷的变动对Al O 涂层 2.3 Al O /C复合涂层和Al O 涂层的磨损机理
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摩擦系数的影响较小[图6(c)]，只有在3 N时摩擦曲线 图8所示为2种涂层在不同载荷条件下干摩擦后，
出现了较大的波动[图6(b)]. 其磨痕表面的SEM形貌照片和磨痕的铁元素分布. 当
显然，石墨的加入使得Al O /C复合涂层与316L 摩擦载荷为3、5 N时，Al O /C复合涂层的磨痕表面存
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不锈钢球干摩擦时，其摩擦系数均有所降低，尤其在 在大量的磨损碎屑和片状颗粒[图8(a 和(b )]，表明其
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10 N和20 N的摩擦载荷下，复合涂层的摩擦系数降低 以磨粒磨损为主；而Al O 涂层的磨痕表面则观察到
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更为明显，分别降低了28%和32%. 此外，如图6(d)所 大量晶粒被压平为紧实的片状[图8(e 和(f )]，这是黏
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示，从2种涂层在不同载荷下的磨损率可以看出，在滑 着磨损的主要特征 ；同时，磨痕表面也可以看到存在
动速度一定时，涂层的磨损率随载荷的增加呈增加的 晶粒被拉出后留下较大的孔洞和脱落坑，这说明磨粒
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趋势，但并不是呈简单的线性增加关系 . 相比于Al O 3 磨损也存在于Al O 涂层中[图8(g 和(h )]. 随着摩擦
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涂层，复合涂层的磨损率有所增大，但当摩擦载荷增 载荷的增大，在Al O /C复合涂层的磨痕表面也观察
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大时，2种涂层的磨损率有接近趋势，在3、5、10、20 N 到了晶粒被压平为紧实的片状[图8(c ]，但较大的片
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载荷下，Al O /C复合涂层的磨损率分别约为2.33× 状颗粒几乎消失，磨痕中大量细小的磨损碎屑和脱落
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10 、1.13×10 、2.07×10 、2.97×10 mm /(N·m). 从复 坑的存在说明复合涂层中大量未熔或半熔的层片

(a) (b) (c) (d)
(e) (f) (g) (h)
Fig. 7 3D micrographs of the friction surface of (a~d) Al 2 O 3 /C composite coating and (e~h) Al 2 O 3 coating:
(a, e) 3 N; (b, f) 5 N; (c, g) 10 N; (d, h) 20 N
图 7 (a~d) Al 2 O 3 /C复合涂层和(e~h) Al 2 O 3 涂层磨痕的3D形貌照片：(a, e) 3 N；(b, f) 5 N；(c, g) 10 N；(d, h) 20 N