等离子喷涂微、纳米Al₂O₃-13%TiO₂涂层的高温摩擦磨损特性

李新芽¹，邵红红¹，张保森^2,3，董强胜^2,3，李承龙¹

1. 江苏大学材料科学与工程学院2. 南京工程学院材料工程学院3. 江苏省先进结构材料与应用技术重点实验室

摘 要：为了研究Al₂O₃-13%TiO₂涂层的高温摩擦磨损特性,为其在苛刻条件下的应用提供理论基础和试验依据,选用微米和纳米结构Al₂O₃-13%TiO₂粉末,采用大气等离子喷涂技术在TC4钛合金表面制备2种陶瓷涂层。利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、显微硬度计和纳米压痕仪对涂层的显微组织结构和力学性能进行表征和分析;利用MFT-5000型高温摩擦磨损试验机研究2种涂层在室温、350℃和650℃下的摩擦磨损特性并探讨其磨损机理。结果表明:微、纳米涂层的硬度分别为6.46 GPa和11.52 GPa,弹性模量分别为139.72 GPa和185.88GPa。温度升高,2种涂层的摩擦系数逐渐增大,磨损率先增大后减小。从常温到650℃,相比微米涂层,纳米涂层的磨损率分别降低了47.1%、58.1%和74.9%。微米涂层常温时的磨损机制主要是磨粒磨损,350℃和650℃时的磨损机制主要是脆性断裂;纳米涂层常温下的磨损机制主要是微区脆性断裂,350℃时主要是塑性变形和裂纹扩展引起的分层剥离,650℃时主要是氧化磨损和分层剥离。

关键词：大气等离子喷涂;Al2O3-13%TiO2涂层;力学性能;高温;磨损机理;