等离子喷涂层接触疲劳失效模式及失效机理的研究
王海斗，张志强，李国禄
摩 擦 学 学 报
摘 要: 研究了等离子喷涂层在不同应力水平下的接触疲劳失效模式与声发射幅值的对应关系，并分析了涂层的接触疲劳失效机理．结果表明: 声发射幅值与接触应力的大小无明显的关系，根据疲劳失效时的声发射幅值可以判断涂层接触疲劳失效模式，幅值为87 ～93 dB 时易发生剥落或分层失效，幅值为78 ～83 dB 易发生点蚀失效． 涂层表面微凸体与轴承球滚压接触产生黏着磨损以及涂层、磨粒、轴承球三者形成的三体磨料磨损是点蚀失效产生的主要原因． 剥落失效主要与涂层表面微观缺陷处裂纹的萌生、扩展以及表面磨损行为有关． 层内分层失效是由涂层内部最大剪切应力控制的，而界面分层失效主要是由涂层与基体的低结合强度、热失配以及界面剪切应力造成的．
关键词: 接触疲劳; 等离子喷涂; 声发射幅值; 失效模式; 失效机理
我国再制造工程技术特色就是将先进的表面工程技术引入到了再制造工程中，在最大程度、最低成本保存旧件、降低能耗的基础之上，通过表面改性和修复，实现其性能恢复乃至提升． 等离子喷涂技术是以等离子弧为热源的热喷涂技术，由于等离子喷涂层的综合质量高( 结合强度高、孔隙率低、致密度高等) ，所以在表面工程技术中始终占据着主导地位［1 －3］． 经修复的涂层零部件在长期循环交变应力的作用下常常发生接触疲劳失效，并且接触疲劳失效具有突发性和不可预知性［4 －6］． 国内外研究学者对涂层的接触疲劳行为和疲劳寿命的演变规律做了大量的研究［7 －8］，但对于涂层的失效机理的研究尚处于起步阶段．
声发射幅值是指 1 次撞击事件中声发射振幅的最大值，其与损伤程度有直接的关系，并且不受门槛值的影响，常用于声发射源强度和活动性的评价． 点蚀、剥落和分层是涂层主要的接触疲劳失效模式［9 －10］． 当前主要是根据失效形貌、尺寸、深度及破坏位置进行判定涂层的接触疲劳失效模式，属于“事后判断”，而且判定的过程比较繁琐，成本也比较高． 现代声发射技术在接触疲劳损伤诊断领域的应用，为在线判定接触疲劳失效模式提供了可能． 本文研究了等离子喷涂层接触疲劳失效模式与疲劳失效时声发射幅值的对应关系，并对涂层的接触疲劳失效机理进行了分析．
省略
结论
a． 涂层接触疲劳失效时声发射幅值与接触应力的大小无明显的关系，只与接触疲劳失效的模式有关，幅值为 87 ～93 dB 时易发生分层或剥落失效，幅值为 78 ～83 dB 易发生点蚀失效．
b． 点蚀失效在较低接触应力( 1． 58 GPa) 作用下易于产生，表现为在磨痕轨迹范围内出现大量的点蚀坑，深度为 20 ～30 μm，涂层粗糙的表面微凸体与轴承球滚压接触产生黏着磨损以及涂层、磨粒、滚动轴承三者形成三体磨料磨损是点蚀失效形成的主要原因．
c． 剥落失效在较高接触应力( 1． 84 GPa) 作用下易于产生，表现为在滚动接触区域内出现不规则形状剥落坑，剥落坑深度大约为 50 ～80 μm，主要与涂层近表面微观缺陷处裂纹的萌生、扩展以及表面磨损行为有关．
d． 分层失效在很高接触应力( 2． 04 GPa) 作用下易于产生，主要有层内分层和界面分层失效形式． 层内分层区域面积较大，宽度较宽，剥落坑深度为 80 ～120 μm，主要是由涂层内部最大剪切应力控制的; 界面分层失效表现为涂层和基体发生了整层的分离，主要是由涂层与基体的结合强度低、热失配以及界面剪切应力造成的。
参考文献略
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