纯铜表面Ta-W合金层的抗高温氧化及摩擦行为

采用双辉等离子渗金属技术在纯铜表面通过添加过渡层金属钽制备Ta-W合金层,通过在400℃下恒温氧化试验对比分析铜基体与Ta-W合金层的氧化性能,利用纳米压入和摩擦磨损试验评价Ta-W合金层的硬度和高温耐磨性能。结果表明,Ta-W合金层以胞状结构为主,均匀致密,厚度约为13μm,各层间元素含量呈梯度分布,界面结合良好,表面为单一的α-W相。在400℃恒温氧化50 h后,纯铜基体的氧化增重为13.9 mg/cm^(2),Ta-W合金层的氧化增重为4.6 mg/cm^(2),仅为纯铜基体的33.1%。Ta-W合金氧化试验后形成的氧化膜由WO和WO组成,连续致密、无缺陷,完整地覆盖住基体,有效阻碍了氧原子渗入基体,显著改善了纯铜基体的抗氧化性能。与纯铜基体相比,Ta-W合金层的表面纳米硬度从1.07 GPa提高到11.99 GPa,硬度显著提升;Ta-W合金层的平均摩擦系数变化不大,但摩擦系数的波动幅度显著降低,比磨损率由基体的13.77×10mm^(3)/(N·m)降至Ta-W合金层的7.24×10mm^(3)/(N·m),耐磨性得到提高,纯铜基体的磨损机制主要是粘着磨损、氧化磨损和磨粒磨损的共同作用,而Ta-W合金层则表现出轻微的磨粒磨损。