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磨损是机械零件故障以及安全事故发生的主要原因,作为能够有效降摩减磨的一种方法,利用大气等离子喷涂(APS)技术在机械零部件表面涂覆耐磨涂层能够极大满足现代工业对于节能延寿的迫切需求。β-SiAlON陶瓷是一种具有高硬度和出色耐磨性能的材料,但因其在高温条件下会发生分解一直无法应用于等离子喷涂。本研究将TiO2与SiAlON进行复合,在喷涂过程中TiO2对SiAlON起到了很好的保护作用,最终在3 1 6不锈钢基材上成功制备出TiO2-SiAlON复合涂层,从结构表征、复合涂层的形成机理、涂层性能以及耐磨性能方面进行了研究,本文的主要研究内容如下:(1)使用XRD、SEM、EDS等技术对复合粉末以及涂层的微观结构进行了表征,并且分析了复合涂层的形成过程及机理。研究发现涂层的物相包括金红石型和锐钛矿型TiO2、保留的固态SiAlON陶瓷以及由SiAlON陶瓷分解形成的SiO2,涂层厚度约为200μm,表面呈等离子喷涂典型的溅射形态,截面结构致密。复合粉末经过加热呈现出全熔和半熔两种状态,全熔粉末包含SiO2以及金红石型TiO2,此种状态下形成的涂层结构致密但是SiAlON陶瓷含量低;半熔粉末为外层熔化的金红石TiO2小液滴包裹内层锐钛矿型TiO2以及SiAlON陶瓷颗粒,此种状态下形成的涂层孔隙率大但是SiAlON陶瓷含量高。(2)使用Image-J、维氏硬度计、万能试验机分别对涂层的孔隙率、硬度和结合强度进行了测定,并探究其与涂层耐磨性的内在联系。发现涂层的孔隙率约为9%,在热喷涂涂层孔隙率标准范围之内,对于耐磨涂层而言,这些孔隙可以在摩擦磨损过程中充当储存润滑油以及磨屑的临时场所以改善摩擦磨损行为;复合涂层的显微硬度沿着界面分布先增大后减小,这与复合涂层的孔隙分布相关,其平均显微硬度为501.3 HV,与基材相比提高了约128%;复合涂层与基材之间结合良好,经过测定得到其结合强度为24.3 MPa。(3)在干摩擦和缺油润滑两种环境下,将涂层与基材的摩擦行为进行了比较,探讨涂层的摩擦机理以及润滑机制。在缺油润滑条件下,复合涂层摩擦系数最低并且一直维持在0.1附近,表现出最佳的摩擦性能;无论是在干摩擦还是缺油润滑的条件下,TiO2-SiA1ON复合涂层的磨损率都仅为基材的1/3,缺油润滑条件下的复合涂层磨损率为干摩擦条件下的68%,说明表面孔隙起到了储油作用。基材表面产生严重的塑性变形,并与磨粒磨损和黏着磨损相结合;而复合涂层的失效机制是脆性断裂和轻微的磨粒磨损。