Ni基HFIS304高温自润滑涂层

 通过高能球磨、冷等静压及高频感应烧结在Ni 基合金圆棒上成功制备HFIS304 高温自润滑涂层。HFIS304 成分(质量分数,下同)为NiCr(80/20)合金(60%)，Cr₂O₃(20%)，Ag(10%)和共晶BaF₂/CaF₂(10%)。高频感应烧结(HFIS)适用于制备纳米结构材料。通过观察高频感应烧结(HFIS)和高温喷涂的涂层对比后发现，HFSI304组织细小、致密；而PS304组织则粗大、孔隙率高。通过放大后发现，HFIS304 涂层中含有3 种相，分别为白色相、灰色相和深灰色相。EDS分析证明，白色相(A)主要为Ag，灰色相(B)为NiCr，深灰色相(C)为Cr₂O₃和BaF₂/CaF₂。从图中还可看出，HFIS304 涂层相分布较为均匀，Ag和NiCr的尺寸均小于5μm。而PS304涂层的相分布很不均匀，存在典型的层状结构，NiCr的尺寸为5~15μm，Ag颗粒的尺寸为30~60μm。这说明其原始粉末只是进行了简单的机械混合，并没有被磨碎，这导致涂层中Ag的分布很不均匀。由于存在不熔或半熔的粉末颗粒，所以PS304涂层组织较为疏松。HFIS304涂层中自润滑颗粒尺寸比PS304涂层中自润滑颗粒尺寸小得多。通过摩擦圆盘测试发现在相同的试验温度下，HFIS304的磨损率比PS304的低10%~20%。通过观察磨损表面的SEM照片发现磨屑主要为脆性相Cr₂O₃与BaF₂/CaF₂，这说明微观脆性断裂是室温时HFIS304和PS304磨损面的主要磨损机制。由于热膨胀和弹性模量差异导致的残余应力会使晶界强度降低，而根据Hall-Petch关系，晶粒尺寸越大，晶界之间的残余拉应力也越大，这会导致晶间断裂的可能性增大。 因此，晶粒尺寸越小，导致晶界开裂和晶粒拔出所需要的力就越大，最终导致HFIS304涂层中脆性断裂被约束，从而造成其磨损率低于PS304。

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