论文部分内容阅读
本论文采用大气等离子体喷涂技术制备了TiN、TiC和TiB2涂层,探究了涂层相组成、显微结构、力学和摩擦学性能。在此基础上,比较研究了对磨材料对TiC涂层摩擦学性能的影响。最后,为了进一步改善TiC涂层的摩擦学性能,制备了不同石墨添加量的TiC-Graphite复合涂层。研究了TiC-Graphite复合涂层相组成和显微结构,并探究了不同石墨添加量对复合涂层力学和摩擦学特性的影响。通过以上研究工作,以期开发出具有低摩擦系数和磨损率,且长服役寿命的耐磨涂层。本研究取得的主要结果如下:1.采用大气等离子体喷涂技术在C/C复合材料基体表面制备了TiN、TiC和TiB2涂层。三种粉体在喷涂过程中均发生少量氧化,涂层存在层状结构、裂纹和孔隙等缺陷,但均较为致密。在三种涂层中,TiC涂层具有较大的硬度,这与TiC涂层较低的孔隙率（8.0±1.1%）和氧化物含量（13 wt.%）,以及TiC较高的本征硬度有关。2.TiN、TiC和TiB2涂层与WC-Co硬质合金球组成的摩擦副的摩擦测试结果表明,在20 N和50 N载荷条件,与TiN和TiB2涂层相比,TiC涂层均表现出更低的摩擦系数和磨损率。在磨损过程中,三种涂层均存在疲劳剥落和氧化现象,并且磨痕表面形成了一层不连续的转移层。TiN和TiB2涂层在与WC-Co球相对滑动的过程中发生了物质的转移,存在粘着磨损。3.TiC涂层与不同对磨球（不锈钢、WC-Co和Si3N4）组成的摩擦副的摩擦学特性表明,在50 N载荷条件,摩擦系数的大小为μTiC/Si3N4<μTiC/WC-Co<μTiC/steel。但μTiC/Si3N4显示明显的波动,这主要是由于Si3N4发生摩擦氧化反应导致对磨球产生较宽的沟槽。TiC/steel和TiC/Si3N4摩擦副表现出更低的涂层磨损率,分别与不锈钢硬度较低和摩擦氧化产物SiO2具有润滑作用相关。4.TiC与不锈钢和Si3N4对磨时,由于不锈钢具有较低的硬度和较好塑性变形能力,以及Si3N4球发生摩擦氧化反应,分别导致TiC磨痕表面存在较严重的粘着,磨损机理主要为疲劳、摩擦氧化和粘着磨损;TiC与WC-Co对磨时,磨损机理主要是疲劳和摩擦氧化。5.采用大气等离子体喷涂技术在C/C复合材料基体表面制备了不同石墨添加量的TiC-Graphite涂层。随石墨添加量的增加,TiC-Graphite涂层内微裂纹增多和致密度减小,涂层粗糙度增大,硬度逐渐降低。6.TiC-Graphite涂层与WC-Co硬质合金球组成的摩擦副的摩擦测试结果表明,在50 N载荷条件,随石墨添加量的增加,TiC-Graphite涂层摩擦系数一直减小,磨损率先减小后增大。TiC-2.5 wt.%Graphite涂层获得最小的磨损率0.67×10-5 mm3/（N·m）,摩擦系数为0.354,与TiC涂层相比,分别降低了72.41%和27.76%。7.随石墨添加量的增加,TiC-Graphite涂层磨痕剥落凹坑和脆性断裂减少,转移层增多,能有效减小摩擦系数和磨损率。但随石墨添加量的进一步增加,涂层内微裂纹增多和致密度减小反而导致涂层磨损率增大。此外,转移层氧含量较高,存在摩擦氧化现象。因此,TiC-Graphite涂层磨损机理主要包括疲劳和摩擦氧化。