选取28 kW 喷涂功率下的TiB2-40Ni 涂层与304 不锈钢基体进行涂层耐摩损试验。图1 为常温干摩擦试验下， TiB2-40Ni 复合涂层与304 不锈钢基体的摩擦系数-时间曲线图。试验结果表明： 摩擦过程中， 基体的摩擦系数总体呈现出先快速升高， 而后急剧降低， 再缓慢升高的趋势， 得到平均摩擦系数为0.239 3， 而且摩擦系数稳定性较差。这主要是因为： 在摩擦起始阶段， 摩擦表面不但温度急剧升高， 而且由于摩擦副硬度差异， 还出现了一定程度的塑性变形，这导致摩擦表面局部区域出现明显的嵌入、啮合、粘着、黏合， 使得摩擦系数呈现出急剧增加的趋势； 但由于此阶段稳定连续的摩擦膜尚未形成， 因此随着摩擦过程的进行， 摩擦表面的温度进一步快速升高， 在剪切应力的作用下，导致摩擦表面微凸体急剧减少， 使得摩擦系数呈现出急剧下降的趋势； 随着连续稳定摩擦膜的形成， 摩擦表面的真实接触面积增大， 且摩擦膜具有一定的润滑作用， 使得摩擦系数趋于平稳； 此外， 由于摩擦膜中含有大量的Fe， 使得“粘着” 效应的作用逐渐突出， 从而导致在摩擦后半段， 摩擦系数呈现出缓慢升高的趋势。而TiB2-40Ni 涂层的摩擦特性与基体完全不同，摩擦系数呈现出先快速升高， 而后缓慢下降，最后基本维持稳定的变化趋势， 其平均摩擦系数为0.2173， 摩擦系数稳定性远远优于基体。导致这一现象的主要原因是： 一方面涂层表面硬度较高， 有效地减小了接触应变， 而且涂层中所含的Ni 有助于连续稳定摩擦膜的形成， 在摩擦开始阶段， 磨合过程明显更为柔和。而当摩擦膜形成后， 由于B 元素的氧化， 使得摩擦膜含有一定量的低熔点氧化硼， 从而有效抑制了摩擦过程中的“粘着” 效应， 因而在摩擦后期， 摩擦系数基本趋于稳定。
图1 TiB2-40Ni 涂层与304 不锈钢基体时间-摩擦系数曲线
此外， 试验结果还可知， TiB2-40Ni 复合涂层较304 不锈钢基体而言， 具备更好的常温耐磨性能。常温干摩擦条件下， 涂层试样的质量磨损量为1.3 mg， 而基体的质量磨损量为4.2mg， 前者只相当于后者的1 ／ 3 左右。
图2 为基体与涂层常温摩擦试验后， 试样摩擦表面SEM 形貌照片。从图2a 可见， 304 不锈钢基体摩擦表面存在大量的犁沟和划痕以及剥落坑， 其中犁沟深而宽， 划痕深， 摩擦膜表面剥落面积大， 呈现出较为明显的塑性流动和粘着特征， 可知基体的磨损机理为粘着磨损与磨粒磨损。分析表明， 基体本身硬度较低和缺乏硬质相的支撑， 以致对磨过程中被对磨球切入， 形成犁沟， 且摩擦膜中存在大量的Fe， 易于形成 “粘着” 效应， 这也与其摩擦系数———摩擦时间关系曲线的变化趋势相符合。而从TiB2-40Ni 涂层摩擦表面形貌可知， 其摩擦表面存在一些微细的划痕， 但摩擦膜剥落迹象明显，这说明摩擦过程中由硬质粒子引起的犁沟效应受到抑制， 而其磨损机理应为粘着磨损。分析表明， TiB2硬质相在涂层中的存在， 会起到一定的抗磨骨架作用， 有效的抵抗了磨球对涂层的犁削作用， 仅形成了轻微的划痕。
图2 304 不锈钢基体和TiB2-40Ni 涂层磨损表面SEM 形貌图
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