图1 为纯NiCrAlY 薄膜和NiCrAlY/ MoS2 复合膜对Si3N4 球的摩擦因数曲线。由图1可以看出，纯NiCrAlY 薄膜摩擦过程中波动较大，摩擦因数迅速上升，然后稳定在0.72 左右，经过10 min 摩擦实验后摩擦因数出现峰峦状变化，说明薄膜磨损失效。复合薄膜中MoS2 含量较低时，如NiCrAlY-30.5% MoS2的复合薄膜摩擦因数不稳定，整体波动较大，平均摩擦因数约为0.6，在磨损27 min 后摩擦因数上升，薄膜接近失效。复合薄膜中MoS2 的掺杂量达到48.1%时，其摩擦因数降低到0.038，摩擦过程稳定，润滑效果显著。当薄膜中MoS2 的掺杂量增加到69.8%时，随着磨损的进行，摩擦因数从0.05 逐渐增加到0.09。摩擦因数曲线对应的磨损率由图2可知，纯NiCrAlY薄膜的磨损率最高，达到5.211×10–5 mm3/(N·m)，而掺杂MoS2 提高了复合膜的耐磨性能，随着复合薄膜中MoS2 含量的增加，其平均磨损率降低。MoS2 掺杂量为69.8%时平均磨损率最小，仅为2.14×10–6 mm3/(N·m)，相对于纯NiCrAlY 薄膜，其磨损率降低了1 个量级以上。可见，随掺杂MoS2 含量的增加，可以增加复合膜中的润滑相，润滑性能提高，从而提高薄膜的耐磨性能。
图1 不同MoS2含量的NiCrAlY/MoS2复合膜的摩擦因数曲线
图2 不同MoS2 含量的NiCrAlY/ MoS2 复合薄膜的磨损率
图 3 为纯NiCrAlY 薄膜和NiCrAlY/MoS2 复合薄膜磨痕形貌及截面轮廓图。由图3a 和图3b 可知，纯NiCrAlY 薄膜摩擦磨损试验后，磨痕宽度为300 μm左右。磨痕表面存在着犁沟、撕裂痕和大量的粘着物，表明NiCrAlY 薄膜发生了严重的粘着磨损，同时伴随着磨粒磨损。NiCrAlY 薄膜为金属膜，亲和力强，与对磨件发生了严重的粘着磨损，同时产生的磨屑颗粒在磨痕内形成硬质磨粒，加速了薄膜的磨损，导致摩擦因数大，磨损率高，这也是纯NiCrAlY 薄膜迅速失效的原因。NiCrAlY-30.5%MoS2 复合膜磨痕表面主要存在大量的犁沟，同时存在少量的粘着物和撕裂痕，表明复合膜的磨损机制主要为磨粒磨损，并伴随轻微的粘着磨损。而在MoS2 掺杂量超过48.1%后，复合薄膜的磨痕表面非常光滑，只有轻微的犁沟，复合薄膜的磨损机制为轻微的磨粒磨损，磨痕深度非常浅，只有0.4~0.5 μm。
图3 NiCrAlY/MoS2 复合薄膜的磨痕形貌及截面轮廓
转移膜是影响润滑膜摩擦磨损性能的重要因素之一，当摩擦界面形成致密的润滑转移膜时，这层致密的转移膜在摩擦过程中发挥很好的自润滑作用，从而使得摩擦过程更稳定，降低磨损率，提高薄膜的耐磨寿命。图4 为对磨球Si3N4 表面磨痕形貌。NiCrAlY薄膜和NiCrAlY-30.5%MoS2 复合薄膜对应磨球表面存在大量的磨损碎片（图4a 和图4b），没有形成致密稳定的转移膜，因而整个摩擦过程中，摩擦因数大，磨损率高，薄膜迅速失效。掺杂了30.5%的MoS2 后，复合薄膜虽然有一定的减磨作用，但由于MoS2 含量较少，复合薄膜润滑减摩效果不太明显。由此可知，复合薄膜中MoS2 含量较少时，大量金属的存在（相对于MoS2，金属的摩擦因数大，易磨损）不利于致密稳定的转移膜形成，会使得摩擦过程中波动较大，磨损率高。随着MoS2 掺杂量的增加，NiCrAlY-48.1%MoS2
图 4 NiCrAlY 薄膜和NiCrAlY/ MoS2 复合膜对磨球磨痕的SEM 图像
和NiCrAlY-69.8%MoS2 复合薄膜形成了稳定致密的转移膜（图4c 和图4d）。结合图1 和图2可以看到，此时复合薄膜的摩擦因数、磨损率大幅降低，薄膜表现出良好的自润滑耐磨性能。从转移膜的EDS 结果发现， NiCrAlY 薄膜和NiCrAlY/MoS2 复合薄膜所形成的转移膜上存在部分氧化产物，表面都发生了不同程度的氧化磨损。其中NiCrAlY-48.1%MoS2和NiCrAlY-69.8%MoS2 复合薄膜的转移膜上存在大量的 MoSx，因而转移膜具有良好的润滑性能。MoS2的掺杂使得薄膜与对偶件摩擦时，能在两摩擦表面间不断形成一层连续稳定的转移膜，提高了薄膜的自润滑性能。
本文由桑尧热喷涂网收集整理。本站文章未经允许不得转载；如欲转载请注明出处，北京桑尧科技开发有限公司网址：http://www.sunspraying.com/
|
