405 / 2021-06-16 10:32:30

Ta基复合涂层表面微观结构、摩擦学性能及磨损机制研究

  采用等离子喷涂方法制备了Ta基复合纳米晶涂层，利用SEM、微束XRD、微动摩擦磨损试验机及非接触三维表面轮廓仪等技术手段并结合计算分析，考察了喷涂工艺（喷涂功率、Ar气流量及喷涂方式）对Ta基涂层表面Ta₂O₅含量、晶粒尺度、显微硬度和摩擦磨损性能等的影响规律及原因，筛选出制备Ta基涂层的最佳工艺区间。研究结果表明，涂层显微硬度与其表面Ta₂O₅含量相关，高硬度的涂层表面Ta₂O₅含量相对较低。在干摩擦条件下，晶粒较大，Ta₂O₅含量较少的涂层抵御硬质陶瓷低速刻划的能力较差；边界润滑状态下，硬度较高的涂层表现出良好的抗磨减摩性能。

  根据Ta基涂层的磨损形貌，我们选取了典型的四种磨损机制进行分析。结果表明，在边界润滑条件下，采用间断喷涂方法制备的具有较小孔隙率、Ta₂O₅含量及晶粒尺度，较高硬度和断裂韧性的涂层具有较小的摩擦系数和磨损（磨损率为6.917×10-9 mm3/Nm）。具有细微微观结构差异的两类Ta基涂层在两种摩擦条件下表现出了四种不同的磨损机制，其中“抛光”磨损（即轻微的磨料磨损）机制有利于实现低磨损。Ta基涂层的机械性能与其微观结构特征显著相关，除显微硬度外，断裂韧性，晶粒尺度及表面Ta₂O₅含量的相对值可用作质量控制的重要指标。该研究为该类涂层如果更好的应用于抗磨领域提供了拓展性视野。