Cr₂O₃–C陶瓷复合涂层的制备及摩擦学性能研究

摘要

[目的]对比分析两种Cr₂O₃–C自润滑复合涂层的微观组织形貌、显微硬度及摩擦学性能。[方法]分别采用热喷涂结合热解法和热喷涂结合水热法两种工艺制备Cr₂O₃–C复合涂层：前者先采用双送粉大气等离子热喷涂工艺制备Cr₂O₃–PEEK（聚醚醚酮）复合涂层，然后通过热分解复合涂层中的PEEK而获得Cr₂O₃–C复合涂层；后者则先采用单一送粉大气等离子热喷涂工艺制备Cr₂O₃陶瓷涂层，然后采用真空浸渍和水热反应法在Cr₂O₃陶瓷涂层上制备Cr₂O₃–C复合涂层。[结果]两种工艺制备的Cr₂O₃–C复合涂层均成功引入了具有固体润滑作用的碳相。其中，采用热喷涂结合热解法制备的复合涂层表面呈现出不规则分布的孔洞和裂纹，结构比较疏松；而采用热喷涂结合水热法制备的复合涂层主要表现为不规则孔洞和凹坑，并伴有球形颗粒物分布于其中，结构更致密。热喷涂结合水热法制备的复合涂层的显微硬度高达1 258.61 HV，比热喷涂结合热解法制备的复合涂层提高了至少23倍，而且在8 N载荷条件下的摩擦因数最低达到0.206，磨损率为1.44×10^-6 mm³/（N·m），与热喷涂结合热解法制备的复合涂层相比分别降低了50.8%和94.7%。[结论]与热喷涂结合热解法制备的复合涂层相比，热喷涂结合水热法制备的Cr₂O₃–C复合涂层结构更加致密，展现出更优异的力学性能和摩擦学性能。

关键词

氧化铬陶瓷 / 碳 / 自润滑复合涂层 / 大气等离子喷涂 / 热解法 / 水热法 / 力学性能 / 摩擦学