等離子噴涂ZrO2-Al2O3陶瓷涂層及其摩擦磨損性能研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，實(shí)際工況對機(jī)械零部件的性能提出了更高的要求。在機(jī)械零部件表面噴涂涂層，既可以提高其表面性能、改善其使用性能和使用壽命又可以提高經(jīng)濟(jì)效益。等離子噴涂涂層具有較高的硬度、較好的耐磨性和耐蝕性而被廣泛的應(yīng)用于材料表面改性方面。
　　本文以微米級(jí) Al2O3-TiO2和 ZrO2為噴涂原材料，在合理控制噴涂工藝條件下，采用等離子噴涂技術(shù)在20鋼基體上制備以 Ni/Al為打底層的 ZrO2/Al2O3陶瓷涂層，即：10w

2、t.％ZrO2-Al2O3-TiO2(10ZAT)、20wt.%ZrO2-Al2O3TiO2(20ZAT)、40wt.%ZrO2-Al2O3-TiO2(40ZAT)。采用 SEM、EDS、XRD等手段表征了涂層的組織結(jié)構(gòu)和物相組成，測試了涂層的摩擦磨損性能。研究結(jié)果如下：
　　SEM觀察表明，涂層呈典型的層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間相互交錯(cuò)、波浪式疊加堆積且以機(jī)械結(jié)合為主，涂層中存在熔融區(qū)、未熔區(qū)、微裂紋、孔隙等；EDS分析表明，ZrO2

3、和其他元素均勻的分布在涂層中；XRD分析表明，原始粉末的物相組成主要為α-Al2O3、t-ZrO2和 TiO2，噴涂后，涂層的物相組成發(fā)生了變化，即α-Al2O3轉(zhuǎn)變成不穩(wěn)定相γ- Al2O3，同時(shí)出現(xiàn)了Al2O3和TiO2反應(yīng)生成的新相Al2TiO5，t-ZrO2相保持不變，涂層中還存有少量的α-Al2O3。
　　隨著 ZrO2含量的增大，涂層的孔隙率呈增大趨勢，即：10ZAT涂層的為5.23%、20ZAT涂層的為5.21%、4

4、0ZAT涂層的為5.59%，涂層的顯微硬度依次減小，分別為537.8、534.9和529.3HV0.1，而涂層的斷裂韌性總體呈增大趨勢，40ZAT涂層的為8.09J/m2，比10ZAT和20ZAT涂層的分別提高10.5%和13.3%。對比涂層組分、顯微硬度、孔隙率和斷裂韌性可知，隨著ZrO2含量的增大，涂層的顯微硬度降低而其孔隙率和斷裂韌性增大，隨著孔隙率的增大，涂層的斷裂韌性也增大。10ZAT、20ZAT和40ZAT涂層的結(jié)合強(qiáng)度分別

5、為26.98、26.68和27.96MPa。
　　摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)果表明，在載荷500g、總轉(zhuǎn)數(shù)5000轉(zhuǎn)條件下，涂層的摩擦系數(shù)隨著轉(zhuǎn)速的增大而減小，在相同的轉(zhuǎn)速下，40ZAT涂層的摩擦系數(shù)最??；涂層的體積磨損量隨轉(zhuǎn)速的增大而減小，在相同的轉(zhuǎn)速下，40ZAT涂層的體積磨損量最??；涂層的體積磨損率隨磨損時(shí)間的增大而總體呈現(xiàn)增大，在相同的磨損時(shí)間下，40ZAT涂層的體積磨損率最小。分析磨痕和磨屑的微觀形貌可知，10ZAT和20ZAT涂層

6、的磨損機(jī)理為微觀斷裂引起的剝落磨損，而40ZAT涂層的為磨粒磨損和粘著磨損，但以磨粒磨損為主。高速摩擦磨損條件下，隨著載荷的增大，40ZAT涂層的摩擦系數(shù)減小，而其磨損率增大，磨損機(jī)理由磨粒磨損、輕微的剝落磨損為主轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒂^斷裂引起的剝落磨損和粘著磨損共同作用；本文中涂層的顯微硬度、內(nèi)聚結(jié)合強(qiáng)度和斷裂韌性同時(shí)影響涂層的摩擦磨損性能，而涂層的斷裂韌性對40ZAT陶瓷涂層磨損性能的影響處于主導(dǎo)地位。
　　ZrO2的不同含量影響 ZrO