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钽基纳米晶复合涂层的摩擦学性能 及磨损机制研究

钽基涂层,等离子喷涂,摩擦学,磨损,纳米晶

 采用大气等离子喷涂制备了Ta₂O₅原位复合钽基纳米晶涂层，利用SEM、微束XRD、微动摩擦磨损试验机及非接触三维表面轮廓仪等技术手段并结合计算分析，考察了喷涂功率、主气（Ar）流量等对钽基涂层表面Ta₂O₅含量、晶粒尺度、显微硬度和摩擦磨损性能等的影响规律及原因。在考察范围内，随喷涂功率增大钽基涂层表面Ta₂O₅含量呈先减小后增大的变化，而涂层表面α-Ta的晶粒尺度及点阵畸变则均呈先增大后减小的变化；随氩气流量增大涂层表面Ta₂O₅含量总体呈减小趋势，在流量为130-140LPM达到最低，α-Ta的晶粒尺度和点阵畸变的变化呈负相关性；间断喷涂时涂层表面Ta₂O₅含量降低，α-Ta晶粒尺度及点阵畸变均略有减小。通过对喷涂相关微观过程特点的分析，对这些规律作了阐释。涂层显微硬度与其表面Ta₂O₅含量相关，高硬度的涂层表面Ta₂O₅含量相对较低；干摩擦下晶粒较大、Ta₂O₅含量较少的涂层抵御硬质陶瓷低速刻划的能力较差；边界润滑状态下硬度较高的涂层表现出更优的抗磨减摩性能；采取间断喷涂可获得摩擦学性能最佳的涂层。钽基涂层的机械性能与其微观结构特征显著相关；除显微硬度外，涂层晶粒尺度、点阵畸变及表面Ta₂O₅含量的相对值可用作质量控制的重要指标。