图1 为两种涂层的硬度数据,测量过程中避开未融化的WC 颗粒。从图1a 中可以看出,硬度曲线分为三部分:涂层区域、热影响区和基体,两条硬度曲线在三个区域均出现多个交点。对涂层硬度进行定量分析,如图1b 所示,0°涂层平均显微硬度为446.67 HV0.2, 90°涂层平均显微硬度为456.13 HV0.2。GB/T4340.2-2012 表明,维氏硬度计测量显微硬度时,硬度计的最大允许误差在HV0.2200 为6%,450HV0.2 为9.5%。两种涂层显微硬度差值均在硬度计最大允许误差范围内,可认为两种涂层硬度无显著差异,同时两种涂层硬度从熔覆层到基体呈现相同的变化规律,表明不同基面角度对涂层硬度无显著影响。

图1 两种涂层截面显微硬度
图2 所示为两种涂层的摩擦系数曲线图。从图中可以看出摩擦磨损过程分为磨合和稳定磨损两个阶段。在磨合阶段,由于试样和磨环不稳定接触,摩擦系数出现较大的波动,随着试验继续进行,进入稳定磨损阶段,两种涂层摩擦系数曲线趋于稳定,0°涂层摩擦系数明显小于90°涂层摩擦系数(稳定磨损阶段摩擦系数分别为0.22 和0.24)。涂层中的WC 增强颗粒改变了磨损机制,在磨损过程中,当磨环与WC陶瓷增强颗粒相遇时,可以防止细小磨屑的产生,从而降低摩擦系数。0°涂层中,WC 颗粒含量更高,对摩擦系数的影响更显著。

图2 两种涂层的摩擦系数曲线
图3 为两种涂层的磨损量和磨损率,0°涂层的磨损量为4mg,磨损率为0.0026mg/m,90°涂层的磨损量和磨损率分别为12mg 和0.008mg/m,0°涂层具有更小的磨损率。

图3 两种涂层磨损量和磨损率
为进一步分析两种涂层的磨损情况,对磨损表面的三维轮廓进行了表征,如图4所示。图4a-b 显示两种涂层磨损表面均呈现许多相互平行的沟槽,90°涂层磨痕表面伴随有更多的颗粒状凸起。由图4c 可以看出,0°涂层的磨损宽度为3.1mm,磨痕深度为31μm。90°涂层的磨痕宽度分别为3.9mm,磨痕深度分别为70μm。结合磨损表面三维轮廓(图4a-b)和截面深度曲线,可以看出0°涂层的磨损体积更小,表明0°涂层具有更好的耐磨性。

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