【摘 要】
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本文设计出了一种MAO/粘接PTFE复合涂层,即先采用微弧氧化技术在钛合金零件表面制备出一层10～15um、Hv1000的黑色微弧氧化层,再在其表面喷涂8～15um的粘接PTFE涂层.采用真空球盘摩擦试验机在低载、中载和重载三种工况下测试了复合涂层的摩擦学性能,全面分析对比了MAO涂层对粘接PTFE涂层耐磨损性能提升的作用机理.Ra1.6的TC4基底经喷砂后的粗糙度为Ra1.2和Rz8.1,而采用
【机 构】
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中国空间技术研究院 兰州空间技术物理研究所,甘肃兰州,730000
【出 处】
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第十一届全国表面工程大会暨第八届全国青年表面工程学术会议
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本文设计出了一种MAO/粘接PTFE复合涂层,即先采用微弧氧化技术在钛合金零件表面制备出一层10～15um、Hv1000的黑色微弧氧化层,再在其表面喷涂8～15um的粘接PTFE涂层.采用真空球盘摩擦试验机在低载、中载和重载三种工况下测试了复合涂层的摩擦学性能,全面分析对比了MAO涂层对粘接PTFE涂层耐磨损性能提升的作用机理.Ra1.6的TC4基底经喷砂后的粗糙度为Ra1.2和Rz8.1,而采用MAO处理后表面的粗糙度较喷砂工艺有所提升,分别为Ra2.3和Rz23.喷砂破坏了基底表面原始的形貌分布(如机加痕迹),在表面形成了因金刚砂颗粒轰击造成的错综交杂的、疏松的卷曲金属毛刺.在一定接触应力条件下,接触区域的毛刺将在外力作用下发生塑性-弹性变形,并被摩擦对偶反复碾压下导致毛刺倾倒,失去对顶层粘接PTFE涂层的"钉扎"固定作用,造成摩擦过程中临近基底区域的粘接PTFE涂层内部裂纹产生,并快速扩散.粘接PTFE涂层的磨损机制也由最初的因涂层表层裂纹扩散而引起的局部损耗,转变为因涂层近基底区域裂纹产生和扩散而引起的大片剥落；然而,微弧氧化层作为陶瓷层,涂层最大硬度可达Hv1000以上,在反复碾压过程中不存在塑性-弹性变形,同时可提升基底抵抗变形的能力,确保了摩擦过程中粘接PTFE涂层与基底结合状态的稳定.此外,微弧氧化层表面呈多孔状形貌,并且在原位生长过程中继承了金属表面原有的机加形貌,形成了特殊的"波峰"与"波谷"交替并存的"波状"地形,导致涂层Rz值较大."波峰"与孔壁作为与摩擦对偶接触的硬质区域起承载和耐磨损作用,"波谷"和微孔作为与摩擦对偶接触的软质区域起贮存大量润滑剂与提供转移膜的作用.在两者的耐磨-减磨协同作用下,MAO/粘接PTFE复合涂层在不同接触应力条件下的摩擦寿命有了极大提升：(1)在低载条件下(平均Hertzian接触应力448MPa,法向载荷1N),喷砂/粘接PTFE的摩擦寿命为5h,而MAO/粘接PTFE复合涂层的摩擦寿命提升至86小时,提升了约17倍.(2)在中载条件下(平均Hertzian接触应力746MPa,法向载荷5N),喷砂/粘接PTFE的摩擦寿命为0.8h,而MAO/粘接PTFE复合涂层的摩擦寿命提升至24.5小时,提升了约30倍.(3)在重载条件下(平均Hertzian接触应力960MPa,法向载荷10N),喷砂/粘接PTFE的摩擦寿命为0.5h,而MAO/粘接PTFE复合涂层的摩擦寿命提升至10小时,提升了约20倍.
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