等离子喷涂Al_(2)O_(3)涂层与高硬配副的摩擦学性能研究

目的研究大气等离子喷涂Al_(2)O_(3)涂层在高硬配副下的摩擦磨损行为。方法通过大气等离子喷涂(APS)制备了厚度约为380μm的Al_(2)O_(3)涂层,利用纳米压痕仪测量了Al_(2)O_(3)涂层和两种摩擦副的硬度和弹性模量。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对喷涂粉末、涂层以及磨痕的相结构和形貌进行了表征分析,通过X射线能量色散谱仪(EDS)分析了涂层磨痕中对偶元素的转移。另外,还通过CSM摩擦机系统地研究了该涂层的摩擦磨损行为。借助X射线光电子能谱仪(XPS)分析了磨痕中的化学组成。结果制备的Al_(2)O_(3)涂层主要以γ-Al_(2)O_(3)相为主,且存在一定孔隙,并出现层状结构。在摩擦实验中发现,在同一摩擦副下,Al_(2)O_(3)涂层的摩擦系数随着载荷的增加而逐渐降低,磨损率随之增大。由于摩擦配副力学性能的差异,使Al_(2)O_(3)涂层表现出不同的摩擦磨损行为。以Si_(3)N_(4)为摩擦副时,Al_(2)O_(3)涂层的摩擦系数较小,但磨损率大,磨损机制主要是磨粒磨损和粘着磨损。在摩擦过程中,Si_(3)N_(4)对偶副会与空气中的水反应,生成少量具有润滑效果的Si(OH)4胶体。以WC为摩擦副时,Al_(2)O_(3)涂层的摩擦系数大,但磨损率低,磨损机制主要是粘着磨损和磨粒磨损,并伴有疲劳磨损。在摩擦过程中,由于产生了摩擦热,Al_(2)O_(3)涂层磨痕表面的γ-Al_(2)O_(3)相转变为α-Al_(2)O_(3)相,摩擦配副的硬度和弹性模量越大,摩擦系数越高,γ-Al_(2)O_(3)相的转变也越多。结论因高硬度的Si_(3)N_(4)和WC对偶球拥有不同的力学性能,对大气等离子喷涂制备的Al_(2)O_(3)涂层的摩擦磨损机理有显著的影响,并且在摩擦过程中,涂层磨痕内的γ-Al_(2)O_(3)相会向α-Al_(2)O_(3)相转变。