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添加Bi2O3对Ni基涂层高温摩擦学性能的影响

添加Bi₂O₃对Ni基涂层高温摩擦学性能的影响



孙虎伟， 万善宏，易戈文^*，杨军^*

中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室，甘肃兰州，730000

Email: gwyi@licp.cas.cn；jyang@licp.cas.cn



摘要：Ni基复合材料广泛应用在工程领域，然而在高温下作为运动部件的保护涂层参与机械活动时，会产生高摩擦系数和磨损，严重影响机械部件的性能和可靠性。本工作通过大气等离子喷涂技术，成功制备了Ni-5 wt.% Al-Bi₂O₃复合涂层。研究了在室温到800^oC 温度范围内Bi₂O₃添加量对Ni基复合涂层机械性能和摩擦学行为的影响。随着Bi₂O₃含量的增加，Ni基复合涂层呈现出越加致密的层状结构。在较宽的温度范围内，添加Bi₂O₃有助于提高Ni基复合涂层的摩擦适应性。特别是NiAl-25wt% Bi₂O₃复合涂层在800℃时表现出优异的润滑性能，摩擦系数低至0.13，磨损率为 5x10^-5mm³/Nm，这与形成的高温润滑膜密切相关。润滑膜主要由Bi₂O₃和NiO构成，其中在温度和剪切力的耦合作用下Bi₂O₃会快速扩散到磨损表面成为润滑膜的重要成分。本工作从摩擦化学反应的角度讨论了温度和Bi₂O₃的添加对Ni-5 wt.% Al-Bi₂O₃复合涂层在室温到800^oC范围内摩擦磨损性能的影响。

关键词：大气等离子喷涂；Ni-5 wt% Al基体； Bi₂O₃添加；高温摩擦学