钛合金表面等离子喷涂Al₂O₃-40%TiO₂陶瓷涂层的高温摩擦磨损性能

作者：周志强; 郝娇山; 宋文文; 孙德恩; 李黎; 蒋永兵; **

来源：表面技术, 2023, 52(12): 351-359+368.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.12.029

• 钛合金表面
• 等离子喷涂
• Al2O3-40%TiO2涂层
• 高温摩擦磨损

目的 研究温度对钛合金表面Al2O3-40%TiO2陶瓷涂层摩擦磨损性能的影响，探讨涂层在高温下的摩擦磨损机理。方法 采用大气等离子喷涂技术（APS）在TC4钛合金表面制备Al2O3-40%TiO2（AT40）陶瓷涂层。采用扫描电子显微镜（SEM）和能量分散谱仪（EDS），对AT40陶瓷涂层中的微观形貌和物相进行定性分析。借助维氏显微硬度计，研究AT40陶瓷涂层在常温下的截面显微硬度分布规律，以及高温下的显微硬度。采用多功能摩擦磨损试验机，测试AT40陶瓷涂层在200、350、500℃下的摩擦磨损性能，并进行原位在线自动3D形貌表征。结果 AT40陶瓷涂层呈典型的热喷涂层状结构，各相分布均匀，涂层结构致密，平均显微硬度相较于TC4钛合金基材提高了81%。AT40陶瓷涂层在200、350、500℃下的高温硬度分别为513HV0.3、463HV0.3、448HV0.3。在200、350℃时，AT40陶瓷涂层的平均摩擦系数分别为0.18±0.02和0.38±0.03，磨损率分别为（7.8±0.01）×10–5 mm3/（N·m）和（37.2±0.01）×10–5 mm3/（N·m），涂层具有优异的抗高温摩擦磨损性能。500℃时，涂层的平均摩擦系数和磨损率分别为0.77±0.02和（134.4±0.01）×10–5 mm3/（N·m），磨痕深度和磨损体积大幅增加，耐磨性能降低。结论 AT40陶瓷涂层在200℃和350℃的磨损机制主要为微区脆性断裂，在500℃时的磨损机制表现为裂纹扩展引起的分层剥落和轻微磨料磨损。

• 单位
  西南大学