PDF《耐磨涂层的制备与摩擦磨损特性》

第29 卷第1期 摩擦学学报Vol .

29 No.

1 2009 年1月Tribology Jan. ,

2009 Ni Cr /Cr3 C2 - BaF2 ・CaF2 高温自润滑 耐磨涂层的制备与摩擦磨损特性 黄传兵 1,

2 ,杜令忠

1 ,张伟刚

1 (1. 中国科学院 过程工程研究所 多相复杂系统国家重点实验室 ,北京 100190;

2. 中国科学院 研究生院 ,北京 100049) 摘要:采用加压氢气还原和固相合金化技术 ,以BaF2 ・CaF2 共晶、 Cr3 C2 颗粒为核心 ,制备了 N iCr合金包覆的 N iCr/Cr3 C2 - BaF2 ・CaF2 复合粉末 ,采用大气等离子喷涂技术制备相应涂层. 采用扫描电子显微镜、 X射线衍射和 SRV摩擦磨损试验机等分析测试技术 ,研究了涂层组成、 结构以及从室温到

500 ℃ 涂层的摩擦磨损性能. 研究结果 表明 :研制的 N iCr/Cr3 C2 - BaF2 ・CaF2 复合涂层是一种性能优良的高温自润滑耐磨涂层 ,表面包覆的致密 N iCr层 抑制了喷涂过程中颗粒的氧化、 脱碳和烧蚀 ,涂层的显微硬度和结合强度较高 ;

涂层在室温下的摩擦系数为 0.

74 ± 0. 02,随温度升高摩擦系数逐渐降低 ,

500 ℃ 时降低为 0.

38 ± 0. 03,涂层和对偶球 Si3N4 的磨损率与室温相比显著下 降. 摩擦机理研究发现 ,高温下 BaF2 ・CaF2 共晶软化 ,导致涂层剪切强度比室温时明显变低 ,在摩擦表面形成了连 续的 BaF2 ・CaF2 润滑膜. 关键词 : 包覆粉末 ;

等离子喷涂 ;

N iCr/Cr3 C2 - BaF2 ・CaF2 涂层 ;

摩擦磨损性能 中图分类号 : TH117.

3 文献标识码 : A 文章编号 :

1004 -

0595 (2009)

01 -

0068 -

07 热喷涂 Cr3 C2 - N iCr涂层是最常见的碳化物 耐磨陶瓷涂层 ,由难熔的碳化物硬质相和韧性的 金属相组成 ,具有较高的熔点 、 硬度和与基体材 料的结合力以及优良的高温热稳定性和化学稳 定性 ,是理想的耐磨材料 ,在海洋设备 、 动力工业 和钢铁工业等高温部件上已获得了较为广泛的 应用 [

1 -

5 ] . 但是,热喷 涂Cr3 C2 - N iCr涂层 硬度 高 ,在滑动过程中的摩擦系数也较高 ,摩擦副材 料的磨损较为严重 ,极大地限制了该涂层在高速 运转机械上的应用 [

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7 ] . 为了改善这种硬质涂层 的摩擦学性能 ,一般通过在涂层中加入固体润滑 剂的方法来降低其摩擦系数 ,同时减轻对摩件的 磨损 [

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10 ] . 常用的高温固体润滑剂有软质贵金属 (Au、 Ag等)、无机氟化物 (L iF、 CaF2 等)、金属氧 化物 ( PbO、 MoO3 等 )等. 另一方面 , Cr3 C2 - N iCr 喷涂粉末一般采用混合黏结技术制造 ,即Cr3 C2 与NiCr合金粉末经机械混合 、 烧结破碎 、 团聚致 密化等步骤制备. 在热喷涂过程中 ,团聚烧结粉 末中的碳化物容易发生氧化和脱碳反应 ,掺杂的 低熔点润滑物相则更容易发生烧蚀 ,造成涂层硬 度降低 、 组织结构变差 , w 从而降低涂层的摩擦 学性能 [

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12 ] . 采用化学包覆技术制备的复合粉 末可以在一定程度上避免烧蚀反应的发生. 制备 包覆型复合粉末的方法较多 ,其中电沉积对生产 操作条件的要求非常高 ,需要有滚动式的电解设 备 ,一般不用于粉末镀层的制备 ;

颗粒化学镀存 在难以定量包覆 、 槽液易于分解 、 游离金属较多 和引进硼磷杂质等诸多缺点. 加压氢还原技术目 前已经较大规模用于复合粉末的研制和生产 ,其 工艺技术易于实现 ,所得粉末组份精确可控 ,而 且其组份比例易于调整和控制 [