本次检测主要采用滑动摩擦磨损的方式，在MM-200型摩擦磨损试验机上进行，试验机转速为400r/min，载荷为200N,实验周期2h，上部为磨盘-涂层试样，分别喷涂WC-Co与Cr3C2-NiCr涂层，保持固定状态，下部为磨盘-对磨环试样，保持转动。对磨环选用淬火后水冷过的45钢，硬度为54~58HRC。试样的重量通过BS2013电子天平（精度0.1mg）来测量，并用摩擦损失量评估涂层的耐磨性能。试样分为3组，每组试样选用两种以减小实验误差，A试样为调质处理过的钢件，B试样为WC-Co涂层，C试样为Cr3C2-NiCr涂层，并通过公式μ=T/（R×P）确定摩擦系数，如表1所示。
表1涂层的试样失重
由表1可知，A试样的磨损量最大，试样B和C的失重都极小，但WC-Co还是稍小于Cr3C2-NiCr涂层的磨损量。这可能是因为B试样的涂层硬度较高而导致其磨损程度相比C试样更小。根据计算得出的摩擦系数作出摩擦系数随时间变化的曲线，如图1所示。
图1涂层的摩擦系数随时间变化曲线
由图1可知，钢件的摩擦系数最大，在达到稳定磨损后保持在0.16左右，WC-Co涂层与Cr3C2-NiCr涂层的摩擦系数随时间的变化趋势都是可以分为3个阶段，即先迅速增大，然后逐渐减小，最终处于稳定磨合状态，摩擦系数处于0.08左右。不同的是Cr3C2-NiCr涂层“跑合”阶段后期的摩擦系数要比WC-Co涂层的低。WC-Co涂层的显微硬度值为1179HV0.3，比Cr3C2-NiCr涂层的要大，硬质陶瓷相WC的含量也较高，当对磨件与涂层表面开始摩擦时，摩擦副相互接触的平面不平整，突峰和形貌起伏较大，摩擦时会发生犁削作用而剥落，由于陶瓷相WC的硬度比较高，抗变形能力好，会阻止接触处畸变，使摩擦阻力增大，从而增加了涂层的摩擦系数；磨合阶段结束后是过渡阶段，涂层的摩擦系数在逐渐减小，原因是WC-Co涂层的硬度比对磨件高，在磨损过程中对磨件材料容易发生转移依附在涂层表面成为中间层，能起到一定的润滑作用，从而能减小的磨损，另一方面由于摩擦热引起材料表面的微凸起发生弹塑性畸变，降低了摩擦阻力，从而减小了摩擦系数；第三阶段是稳定磨合阶段，涂层表面的突峰剥落后，涂层与对磨件间的实际接触面积增大，磨损速率减小，趋于稳定。Cr3C2-NiCr涂层的摩擦系数随时间的变化趋势与WC-Co涂层类似，跑合阶段时涂层与对磨件摩擦，表面结合较弱的微凸起以切削方式剥落，因而摩擦系数较WC-Co涂层的小，但这两种涂层稳定磨合后的摩擦系数都极小。再通过扫描电镜观察涂层摩擦后的表面形貌。由图2a可以看出Cr3C2-NiCr涂层的表面划痕比较明显，并且存在少许凹坑和犁沟。这是因为在摩擦开始的时，作用在涂层表面的力可分为垂直应力和平行应力，垂直应力使涂层颗粒压入涂层，平行应力使颗粒在涂层表面做切向运动，在涂层表面发生微切削，使涂层表面出现于摩擦方向一致的划痕，同时它们也使摩擦副表面的微凸起发生弹性和塑形变形，对磨件硬度较低，开始产生尺寸较大的碎屑，这些碎屑转移吸附到涂层表面，随着摩擦的进行，涂层表面出现了河流状条纹，随后碎屑在摩擦的过程中逐渐分解成更小的碎屑，由于碎屑的硬度低于涂层的硬度，涂层表面就出现了犁沟。
图2Cr3C2-NiCr涂层与WC-Co涂层的摩擦形貌
由图2b可以看出WC-Co涂层表面出现了较多的剥落坑和较少的划痕。这是因为WC颗粒硬度较大，容易在摩擦的过程中暴露在涂层表面，暴露出的颗粒会在垂直应力的作用下出现松动，一旦切向分力大于颗粒与涂层的结合强度，WC颗粒就会被“掀出”涂层母体，出现了剥落坑。WC颗粒从涂层母体剥落后，会对涂层产生微切削作用，但由于WC-CO涂层的显微硬度比Cr3C2-NiCr涂层的要大，划痕不易产生。实验结果表明将这两种热喷涂材料应用于活塞裙上都可以有效地减小摩擦损失，从而使柴油机的热效率增加。
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/
|
