Page 97 - 摩擦学学报2025年第9期

第 9 期 魏逸阳, 等: 大气等离子喷涂Al 2 O 3 -石墨涂层及其摩擦学性能研究 1351

磨损. 与Al O /C复合涂层摩擦的不锈钢球在经摩擦试 同载荷下摩擦后不锈钢球磨痕表面的拉曼光谱图. 显
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验后磨损严重，不锈钢球的磨损表面半径略大且呈现 然在所有谱图中，在690 cm 附近处出现的峰为不锈
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出更深的凹槽，这是由于复合涂层摩擦表面处更多数 钢球在摩擦过程中生成的铁氧化物 ，同样在1 332 cm 和
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量的氧化铝硬质颗粒的存在导致对316L不锈钢球更 1 585 cm 附近处出现了强度相似的D峰和G峰，表明
严重的磨粒磨损，且随着摩擦载荷的增大，不锈钢球 在不锈钢球摩擦表面也形成了石墨转移膜，但不锈钢
的磨斑直径也增大. 而Al O 涂层摩擦表面的硬质颗 球的硬度要低于Al O /C复合陶瓷涂层，导致摩擦表
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粒难以被轻易大量拉出，使与Al O 涂层摩擦的不锈 面的硬质颗粒对不锈钢对偶球的磨损更为严重，形成
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钢球则呈现更低的磨损率，如图11(a)所示，不锈钢球 的石墨转移膜在形成初期就可能被破坏，无法大面积
磨痕表面也更加平滑，且随着摩擦载荷的增大，不锈 且长时间存在，因此，不锈钢球摩擦表面呈现出了更
钢的磨斑直径变化并不十分明显. 此外，与Al O /C复 深的摩擦凹糟.
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合涂层摩擦的不锈钢球在3 N载荷时磨损率最大，为
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1.15×10 mm /(N·m)，随着摩擦载荷的增大，复合涂 3 结论
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层对316L不锈钢球的磨损率则逐渐降低，载荷为20 N 本研究中使用水铝石[AlO(OH)]和石墨(C)作为原
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时，不锈钢球的磨损率降低为4.51×10 mm /(N·m). 料，利用喷雾造粒工艺制备了AlO(OH)/C球形喷涂粉
图11(b)所示为316L不锈钢球与Al O /C复合涂层在不 末，并利用大气等离子喷涂技术在316L不锈钢基体上
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(a) (b) (c) (d)

L=1721 μm L=1887 μm L=2031 μm L=2160 μm

200 μm 200 μm 200 μm 200 μm
(e) (f) (g) (h)

L=1419 μm L=1674 μm L=1891 μm L=2255 μm

200 μm 200 μm 200 μm 200 μm

Fig. 10 Optical micrographs of wear spots on 316L steel balls after friction with different loads for (a~d) Al 2 O 3 /C
composite coatings and (e~h) Al 2 O 3 coatings: (a, e) 3 N; (b, f) 5 N; (c, g) 10 N; (d, h) 20 N
图 10 (a~d) Al 2 O 3 /C复合涂层和(e~h) Al 2 O 3 涂层不同载荷摩擦后316L不锈钢球的磨斑形貌的光学显微镜照片：
(a, e) 3 N；(b, f) 5 N；(c, g) 10 N；(d, h) 20 N

(a) 12 Steel ball-composite coating (b)

Steel ball-Al 2 O 3 coating Iron oxide
10
Wear rate/[10 −5 mm 3 /(N·m)] 8 6 4 Intensity/a.u. D peak G peak

5 N
20 N
0 2 3 N 10 N
3 5 10 20 500 1 000 1 500 2 000
Load/N Raman shift/cm −1
Fig. 11 (a) Wear rate and (b) the Raman spectrum of friction surfaces of 316L steel ball
图 11 316L不锈钢球的(a) 磨损率和(b) 磨斑表面的拉曼光谱