304不锈钢激光原位合成自润滑涂层的宽温域摩擦学性能

王勉^1,2，刘秀波^1,2,3，欧阳春生^1,2，罗迎社^1,2，陈德强⁴

1. 中南林业科技大学材料表界面科学与技术湖南省重点实验室2. 中南林业科技大学工程流变学湖南省重点实验室3. 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4. 河南科技大学高端轴承摩擦学技术与应用国家地方联合工程实验室

摘 要：由于304不锈钢在中、高温下摩擦学性能较差,制约了其在重要摩擦运动副零部件上的应用。为改善304不锈钢的摩擦学性能,以Ni60粉末为增韧相,WS₂为合成润滑相的前驱化合物,TiC为高硬度耐磨相,采用高能激光束在其表面原位合成自润滑耐磨复合涂层。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、显微硬度计、摩擦磨损试验机和探针式材料表面磨痕测量仪表征涂层和基体的物相、微观结构、显微硬度与表面形貌,并系统研究涂层和基体在20,300,600,800℃下的摩擦学性能及其磨损机理。结果表明:涂层主要由Cr_0.19Fe_0.7Ni_0.11,Ti₂SC,Fe₂C,Cr₇C₃,CrS和WS₂组成;涂层的平均显微硬度(302.0HV_0.5)略高于基体(257.2HV_0.5),但涂层上部区域的硬度(425.4HV_0.5)约为基体的1.65倍;涂层在所有等温摩擦学实验中摩擦因数和磨损率均低于基体,300℃时涂层润滑效果最好,摩擦因数为0.3031,600℃时涂层耐磨效果最好,磨损率为9.699×10^-5 mm³·N^-1·m^-1。

关键词：304不锈钢;激光原位合成;自润滑;复合涂层;摩擦学性能;