王鐵鋼，李柏松，閻 兵，范其香，劉艷梅，宮 駿，孫 超

(1天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 天津市高速切削與精密加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300222；2中國(guó)科學(xué)院 金屬研究所，沈陽(yáng)110016)

爆炸噴涂WC-Co/MoS2-Ni多層復(fù)合自潤(rùn)滑涂層的摩擦學(xué)行為

王鐵鋼1，李柏松1，閻 兵1，范其香1，劉艷梅1，宮 駿2，孫 超2

(1天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 天津市高速切削與精密加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300222；2中國(guó)科學(xué)院 金屬研究所，沈陽(yáng)110016)

采用爆炸噴涂技術(shù)研制WC-Co/MoS2-Ni多層復(fù)合自潤(rùn)滑涂層，系統(tǒng)研究涂層的微觀結(jié)構(gòu)、元素分布、結(jié)合強(qiáng)度和摩擦磨損性能。結(jié)果表明：在高溫爆炸噴涂過程中，少量MoS2發(fā)生氧化分解，生成SO2氣體，殘留在涂層內(nèi)的SO2氣體可使局部形成微小孔洞。在摩擦測(cè)試中，WC-Co涂層在預(yù)磨階段摩擦因數(shù)迅速上升，進(jìn)入穩(wěn)定階段后，摩擦因數(shù)緩慢增加；而多層復(fù)合涂層的摩擦因數(shù)在經(jīng)歷預(yù)磨階段迅速上升后，很快進(jìn)入穩(wěn)定階段，直至表層WC-Co涂層被磨穿后，摩擦因數(shù)開始逐漸下降。添加自潤(rùn)滑涂層MoS2-Ni后，WC-Co涂層的內(nèi)聚結(jié)合強(qiáng)度略有下降，但減摩效果顯著，摩擦因數(shù)下降了約40%，耐磨性能略有提升。

WC-Co/MoS2-Ni涂層；自潤(rùn)滑涂層；爆炸噴涂；摩擦磨損

熱噴涂碳化物涂層具有優(yōu)異的性能，是耐磨領(lǐng)域的首選材料，其中以WC-Co最為典型，硬質(zhì)WC顆粒作為耐磨相，金屬Co用作韌性黏結(jié)劑[1-3]。常用的噴涂方法有等離子噴涂、HVOF噴涂和爆炸噴涂。盡管等離子噴涂涂層成本較低，但WC容易發(fā)生脫碳，生成W2C以及金屬W。噴涂過程中，氧加速WC的脫碳反應(yīng)，生成碳氧化物，降低涂層的耐磨性能。而高速噴涂，如HVOF噴涂和爆炸噴涂，沉積過程持續(xù)時(shí)間短，且熱焓較低[4]，可將碳化物的分解降至最低。已有研究報(bào)道采用爆炸噴涂法制備WC-Co涂層，較高的顆粒速率使得涂層具有低孔隙率、高結(jié)合強(qiáng)度和高硬度等優(yōu)點(diǎn)[5-7]。但是，WC在溫度升高時(shí)容易產(chǎn)生氧化燒損，故WC-Co涂層僅適用于500℃以下的耐磨工況。MoS2具有六方晶系層狀結(jié)構(gòu)，是一種性能優(yōu)良的固體潤(rùn)滑材料[8，9]。在涂層內(nèi)添加固體潤(rùn)滑劑MoS2，可實(shí)現(xiàn)自潤(rùn)滑功能，降低摩擦因數(shù)和因摩擦引起的溫升，從而提高涂層耐磨性能[10]。此方法方便可行，且成本低廉，目前最大的難點(diǎn)是減少固體潤(rùn)滑劑在高溫噴涂過程中的氧化分解[11]。

前期已利用爆炸噴涂技術(shù)制備了WC-12%Co涂層，并研究了氧燃率、噴涂距離等參數(shù)對(duì)涂層微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)及摩擦磨損性能的影響，掌握了涂層的磨損失效機(jī)制[12，13]。由于固體潤(rùn)滑劑在涂層中并非越多越好，當(dāng)涂層發(fā)生磨損時(shí)，只需少量潤(rùn)滑劑轉(zhuǎn)移到摩擦界面形成潤(rùn)滑膜，即可達(dá)到減摩效果。本工作研制了WC-Co/MoS2-Ni多層復(fù)合的自潤(rùn)滑涂層，對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)、成分分布、結(jié)合強(qiáng)度和摩擦學(xué)行為進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并與傳統(tǒng)的WC-Co涂層進(jìn)行了性能對(duì)比。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 WC-Co涂層的制備

“ob”型爆炸噴涂設(shè)備被用于沉積WC-Co/MoS2-Ni多層復(fù)合涂層。噴涂粉末選用中國(guó)科學(xué)院過程研究所生產(chǎn)的WC-12%Co和MoS2-78%Ni包覆粉，粒度均為30～60μm?；倪x用1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼，為提高涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度，在進(jìn)行爆炸噴涂前，先對(duì)基體表面進(jìn)行清洗、脫脂和表面粗化處理。噴砂后，立即進(jìn)行涂層沉積，爆炸噴涂過程各工藝參數(shù)詳見表1。先沉積WC-Co涂層約100μm厚作為底層，再沉積MoS2-Ni層，隨后再沉積WC-Co涂層，該過程依次進(jìn)行，制備出MoS2-Ni/WC-Co/MoS2-Ni……/WC-Co涂層，即在涂層厚度方向上，交替噴涂MoS2-Ni涂層(15μm)與WC-Co涂層(50μm)，表層仍為WC-Co涂層。

表1 爆炸噴涂工藝參數(shù)

1.2 WC-Co涂層的表征及性能測(cè)試

采用S-3400N型掃描電子顯微鏡配合Oxford ISIS型能量色散譜儀觀察涂層的微觀組織、截面形貌、界面結(jié)合情況和磨痕形貌。借助EPMA-1610型電子探針顯微分析儀觀察涂層截面中W，Co，C，Mo，S，Ni元素的分布情況。利用Escalab250型X射線光電子譜儀分析MoS2-Ni涂層中元素S和Mo的化學(xué)價(jià)態(tài)及含量。對(duì)于爆炸噴涂，采用傳統(tǒng)膠黏拉伸的方法不能獲得涂層與基體結(jié)合的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，本工作采用一種新的測(cè)量涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度的方法，具體實(shí)驗(yàn)裝置已有詳盡介紹[14]。拉伸實(shí)驗(yàn)在Zwick/Roell Z050型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，加載速率為1mm/min，每種樣品取5個(gè)試樣，在相同條件下實(shí)驗(yàn)，測(cè)算5個(gè)試樣的算術(shù)平均值為該涂層的結(jié)合強(qiáng)度。涂層的摩擦學(xué)性能在UMT-2型多功能微摩擦試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測(cè)試，摩擦副選用直徑為4.7625mm的Si3N4陶瓷球(硬度為2400HV0.1)，采用往復(fù)滑動(dòng)方式，實(shí)驗(yàn)條件如下：滑動(dòng)速率2mm/s；往復(fù)滑動(dòng)振幅7mm；法向載荷30N；實(shí)驗(yàn)時(shí)間30，45，60，90min；無潤(rùn)滑干摩擦。涂層的摩擦因數(shù)由UMT連續(xù)記錄，每種樣品重復(fù)3次實(shí)驗(yàn)，根據(jù)Archard經(jīng)典磨損方程[15]，計(jì)算涂層的比磨損率，利用光學(xué)表面輪廓儀測(cè)量涂層磨損體積。

2 結(jié)果與分析

2.1 多層復(fù)合涂層的截面形貌

采用爆炸噴涂法制備的WC-Co/MoS2-Ni多層復(fù)合自潤(rùn)滑涂層的SEM截面形貌如圖1所示。由圖1可見，涂層結(jié)構(gòu)相對(duì)均勻致密，無明顯宏觀裂紋存在。

圖1 WC-Co/MoS2-Ni多層復(fù)合涂層的截面形貌 (a)全貌；(b)局部放大Fig.1 Cross-sectional SEM morphology of the WC-Co/MoS2-Ni multilayer composite coating (a)general view;(b)local amplification

深灰色區(qū)域?yàn)镸oS2-Ni涂層，淺顏色區(qū)域?yàn)閃C-Co涂層，層間結(jié)合良好，無開裂現(xiàn)象。在較高倍數(shù)下觀察MoS2-Ni涂層(圖1(b))，可見涂層內(nèi)存在微小氣孔與裂紋。利用XPS分析MoS2-Ni涂層中元素S和Mo的化學(xué)價(jià)態(tài)，結(jié)果如圖2所示。圖2(a)中，僅有一S 2p峰(結(jié)合能為162.4eV)，依據(jù)NIST XPS數(shù)據(jù)庫(kù)，其正好對(duì)應(yīng)于MoS2中S 2p的標(biāo)準(zhǔn)譜線(S2-)。經(jīng)測(cè)試S與Mo原子分?jǐn)?shù)結(jié)果小于理論化學(xué)計(jì)量比2，故涂層內(nèi)可能存在其他價(jià)態(tài)的Mo元素。將Mo的XPS測(cè)試譜線去卷積分成兩種成分(圖2(b))：結(jié)合能為229.1eV和232.3eV處的兩個(gè)峰分別對(duì)應(yīng)MoS2中的Mo 3d5/2和3d3/2譜線(Mo4+)[16，17]；而結(jié)合能為228.6eV和231.7eV處的兩個(gè)峰分別對(duì)應(yīng)單質(zhì)Mo的3d5/2和3d3/2譜線。根據(jù)上述結(jié)果可知涂層內(nèi)存在一定量的MoS2，但在高溫爆炸噴涂過程中，部分MoS2發(fā)生氧化分解，生成SO2氣體和單質(zhì)Mo，導(dǎo)致涂層中S與Mo的原子分?jǐn)?shù)小于MoS2的化學(xué)計(jì)量比2。爆炸噴涂時(shí)，MoS2的氧化分解反應(yīng)式如下：

MoS2+2O2→2SO2↑+Mo

(1)

因此，MoS2-Ni涂層中的微小孔洞是由于在高溫爆炸噴涂時(shí)，部分MoS2發(fā)生氧化分解，生成SO2氣體，殘留在涂層內(nèi)所致。另外，MoS2與金屬黏合劑的潤(rùn)濕性較差，導(dǎo)致涂層強(qiáng)度與韌性下降[12,18]。在金相制備過程中，涂層在外界力作用下，內(nèi)部也可能誘發(fā)出微裂紋。采用EPMA分析了WC-Co/MoS2-Ni多層復(fù)合涂層各亞層內(nèi)的元素分布，如圖3所示，W和Co元素具有很好的對(duì)應(yīng)性，而元素Mo，S和Ni 3種元素對(duì)應(yīng)良好，說明WC-Co與MoS2-Ni各層間未發(fā)生明顯的擴(kuò)散。

圖2 MoS2-Ni涂層的S 2p XPS譜(a)和Mo 3d解譜(b)Fig.2 XPS spectra of S 2p (a) and deconvolution of Mo 3d spectra (b) on the MoS2-Ni layer

圖3 WC-Co/MoS2-Ni多層復(fù)合涂層截面元素的分布及背散射圖像 (a)BSE圖像；(b)W；(c)Co；(d)Mo；(e)S；(f)NiFig.3 Distribution of the elements in cross section of the WC-Co/MoS2-Ni multilayer composite coating(a)BSE image;(b)W;(c)Co;(d)Mo;(e)S;(f)Ni

2.2 多層復(fù)合涂層的摩擦學(xué)性能

WC-Co/MoS2-Ni多層復(fù)合自潤(rùn)滑涂層的設(shè)計(jì)思想是：在摩擦過程中，伴隨著表層WC-Co被磨穿，磨球的最低點(diǎn)將接觸MoS2-Ni涂層，由于磨損的持續(xù)進(jìn)行，磨球與MoS2-Ni涂層的接觸面積逐漸增大，越來越多的MoS2轉(zhuǎn)移到摩擦副界面形成潤(rùn)滑膜，發(fā)揮減摩作用，減少黏著磨損的發(fā)生，從而提高涂層耐磨性能、減少摩擦生熱[19-22]。圖4所示為WC-Co/MoS2-Ni多層復(fù)合涂層摩擦磨損實(shí)驗(yàn)時(shí)的截面示意圖。

圖4 WC-Co/MoS2-Ni多層復(fù)合涂層摩擦磨損實(shí)驗(yàn)時(shí)的截面示意圖Fig.4 Cross-sectional schematics of wear for the WC-Co/MoS2-Ni multilayer composite coating

當(dāng)法向載荷為30N時(shí)，WC-Co/MoS2-Ni多層復(fù)合自潤(rùn)滑涂層與Si3N4球?qū)δゲ煌瑫r(shí)間的摩擦因數(shù)和磨損體積分別如圖5(a)和圖5(b)所示。涂層摩擦因數(shù)重復(fù)性較好，根據(jù)實(shí)驗(yàn)時(shí)的載荷波形曲線監(jiān)測(cè)到表層WC-Co被磨穿的時(shí)間為650s。磨穿前摩擦力波形曲線在小范圍內(nèi)有較強(qiáng)的波動(dòng)，表明磨球在與硬質(zhì)顆粒在摩擦，一旦表層被磨穿后，由于下層MoS2起減摩作用，摩擦力波形曲線將變得非常平滑。隨著涂層磨損的持續(xù)進(jìn)行，摩擦因數(shù)曲線在后期出現(xiàn)一些小幅波動(dòng)，這是由于少量磨屑(如剝落的硬質(zhì)WC顆粒)參與摩擦過程所致[23]。在圖5(b)中，多層復(fù)合自潤(rùn)滑涂層的磨損體積隨對(duì)磨時(shí)間的增加，近似線性增長(zhǎng)，只有對(duì)磨30min后的磨損體積略有偏離，因?yàn)樵谀p初期，次表層的MoS2未參與摩擦過程，導(dǎo)致涂層起始磨損率相對(duì)較高。

圖6所示為WC-Co/MoS2-Ni多層復(fù)合自潤(rùn)滑涂層與Si3N4球?qū)δゲ煌瑫r(shí)間后的磨損形貌，由于最表層WC-Co已被磨穿，根據(jù)EDS分析結(jié)果(圖6(e))，圖6(a)～(d)中深灰色區(qū)域?yàn)榇伪韺覯oS2-Ni。由于元素S和Mo的特征峰比較接近，故圖6(e)中只顯示了Mo的特征峰。另外，受能譜分辨率的限制，EDS結(jié)果中也出現(xiàn)了選區(qū)邊緣處W，C，Co的特征峰；同時(shí)受對(duì)磨副Si3N4球殘骸的影響，也探測(cè)到了Si的特征峰。因?yàn)椴粩嘤袆兟涞哪p顆粒參與摩擦過程，涂層發(fā)生了微犁溝機(jī)制的磨損[24，25]，并隨滑動(dòng)摩擦?xí)r間的增加，犁溝變得越來越深，表明涂層受磨損程度越來越嚴(yán)重，這與涂層磨損體積的結(jié)果(圖5(b))相一致。在圖6中，也可觀察到細(xì)小顆粒剝落的痕跡，由于發(fā)生磨損，涂層表面殘留一些微孔。

2.3 多層復(fù)合涂層與WC-Co涂層性能的比較

在采用拉伸法測(cè)量WC-Co/MoS2-Ni多層復(fù)合自潤(rùn)滑涂層結(jié)合強(qiáng)度時(shí)，所有樣品均在MoS2-Ni層與WC-Co層界面處斷開，表明涂層與基體結(jié)合良好，涂層內(nèi)、層片間的內(nèi)聚強(qiáng)度低于涂層與基體間的結(jié)合強(qiáng)度(附著力)，故本工作的結(jié)合強(qiáng)度值均表示MoS2-Ni層與WC-Co層之間的結(jié)合狀況。經(jīng)5次測(cè)試取平均值，多層復(fù)合涂層內(nèi)聚結(jié)合強(qiáng)度為105MPa。前期研究結(jié)果表明[5]，經(jīng)工藝優(yōu)化后的WC-Co涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度約為130MPa，可見添加自潤(rùn)滑層MoS2-Ni后，WC-Co涂層的結(jié)合強(qiáng)度(內(nèi)聚強(qiáng)度)略有下降。

在摩擦磨損性能方面，添加自潤(rùn)滑層MoS2-Ni后，涂層的摩擦因數(shù)和磨損率都得到了明顯改善。圖7所示為傳統(tǒng)的WC-Co涂層與多層復(fù)合涂層摩擦因數(shù)隨滑動(dòng)時(shí)間的變化曲線，在起始磨合階段，WC-Co涂層的摩擦因數(shù)迅速增加，這是由于涂層與對(duì)磨副的接觸條件由二體磨損向界面滑動(dòng)過渡的結(jié)果[26]。進(jìn)入穩(wěn)定摩擦階段后，隨著磨損的持續(xù)發(fā)生，涂層與對(duì)磨副的界面接觸面積也逐漸增大，導(dǎo)致了WC-Co涂層的摩擦因數(shù)逐漸上升，并出現(xiàn)了小幅度的波動(dòng)。而多層復(fù)合涂層的摩擦因數(shù)在經(jīng)歷預(yù)磨階段迅速上升后，很快進(jìn)入穩(wěn)定階段，直至表層WC-Co被磨穿后，摩擦因數(shù)開始逐漸下降，并最終趨于穩(wěn)定值約0.3左右。當(dāng)法向載荷為30N時(shí)，WC-Co涂層和WC-Co/MoS2-Ni多層復(fù)合自潤(rùn)滑涂層分別與Si3N4球?qū)δ?0min后的磨損體積和比磨損率如圖8所示，可見多層復(fù)合自潤(rùn)滑涂層的耐磨性能略優(yōu)于WC-Co涂層，這是由于潤(rùn)滑層MoS2-Ni在滑動(dòng)過程中起到了很好的減摩作用，在摩擦界面處有效降低了對(duì)磨副對(duì)涂層的剝削力，從而提高了涂層的抗磨損能力。

圖5 多層復(fù)合自潤(rùn)滑涂層經(jīng)不同滑動(dòng)時(shí)間的摩擦學(xué)性能 (a)摩擦因數(shù)；(b)磨損體積Fig.5 Tribological properties of the multilayer composite coating at different sliding time (a)friction coefficient;(b)wear volume

圖7 法向載荷為30N時(shí)，WC-12%Co涂層與WC-Co/MoS2-Ni多層復(fù)合涂層的摩擦因數(shù)Fig.7 Friction coefficients of the WC-12% Co coating and multilayered composite coating under normal load of 30N

3 結(jié)論

(1)在高溫爆炸噴涂過程中，少量MoS2發(fā)生氧化分解，生成SO2氣體，殘留在涂層內(nèi)的SO2氣體可使局部形成微小孔洞。

(2)在摩擦過程中，WC-Co涂層在預(yù)磨階段摩擦因數(shù)迅速上升，進(jìn)入穩(wěn)定摩擦階段后，隨涂層磨損的持續(xù)發(fā)生，摩擦因數(shù)略有上升；而多層復(fù)合涂層的摩擦因數(shù)在經(jīng)歷預(yù)磨階段迅速上升后，很快進(jìn)入穩(wěn)定階段，直至表層WC-Co涂層被磨穿后，摩擦因數(shù)開始逐漸下降，并最終趨于穩(wěn)定值。

圖8 法向載荷為30N，與Si3N4球?qū)δ?0min后，WC-12% Co涂層和多層復(fù)合涂層的磨損體積(a)和磨損率(b)Fig.8 Wear volume (a) and specific wear rate (b) of the WC-12% Co coating and multilayer composite coating after sliding 30min against a Si3N4 ball under normal load of 30N

(3) 在添加固體潤(rùn)滑層MoS2-Ni后，WC-Co涂層的內(nèi)聚結(jié)合強(qiáng)度略有下降，但具有良好的減摩作用，摩擦因數(shù)下降約40%，涂層的耐磨性能也略有提升。

[1] GE Z, LI S, DUAN D L, et al. Wear behaviour of WC-Co HVOF coatings at different temperatures in air and argon[J]. Wear, 2015, 330-331(5): 348-353.

[2] AFZAL M, NUSAIR K A, BEN M T, et al. Effect of laser melting on plasma sprayed WC-12 wt.% Co coatings[J]. Surface and Coatings Technology, 2015, 266(3): 22-30.

[3] GENG Z, HOU S, SHI G, et al. Tribological behaviour at various temperatures of WC-Co coatings prepared using different thermal spraying techniques [J]. Tribology International, 2016, 104(12): 36-44.

[4] NAHVI S M, JAFARI M. Microstructural and mechanical properties of advanced HVOF-sprayed WC-based cermet coatings[J]. Surface and Coatings Technology, 2016, 286(1): 95-102.

[5] 王鐵鋼，宋丙紅，華偉剛，等. 工藝參數(shù)對(duì)爆炸噴涂WC-Co涂層性能均勻性的影響[J]. 金屬學(xué)報(bào), 2011, 47(1): 115-122.

WANG T G, SONG B H, HUA W G, et al. Influence of process parameters on the performance uniformity of detonation gun sprayed WC-Co coatings[J]. Acta Metallurgica Sinica, 2011, 47 (1): 115-122.

[6] WANG T G, ZHAO S S, HUA W G, et al. Design of a separation device used in detonation gun spraying system and its effects on the performance of WC-Co coatings[J]. Surface and Coatings Technology, 2009, 203(12): 1637-1644.

[7] WANG T G, ZHAO S S, HUA W G, et al. Estimation of residual stress and its effects on the mechanical properties of detonation gun sprayed WC-Co coatings[J]. Materials Science and Engineering: A, 2010, 527(3): 454-461.

[8] 李倩倩, 尹桂林, 鄭慈航, 等. 添加TiN對(duì)MoS2基復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響[J]. 摩擦學(xué)學(xué)報(bào), 2011, 31(1): 40-44.

LI Q Q, YIN G L, ZHENG C H, et al. Effect of TiN addition on the microstructure and performance of MoS2-based composite films[J]. Tribology, 2011, 31(1): 40-44.

[9] 秦曉鵬，柯培玲，汪愛英. 偏壓及測(cè)試環(huán)境對(duì)新型MoS2-Ti復(fù)合膜摩擦學(xué)性能的影響[J]. 摩擦學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 33(2): 162-168.

QIN X P, KE P L, WANG A Y. Effect of bias and test environments on tribological behavior of MoS2-Ti composite coatings[J]. Tribology, 2013, 33(2): 162-168.

[10] 王常川，王日初，彭超群，等. 金屬基固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料的研究進(jìn)展[J].中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2012, 22(7): 1945-1955.

WANG C C, WANG R C, PENG C Q, et al. Research progress of metallic solid self-lubricating composites[J]. Chinese Journal of Nonferrous Metals,2012, 22(7): 1945-1955.

[11] DU H, SUN C, HUA W G, et al. Fabrication and evaluation of D-gun sprayed WC-Co coating with self-lubricating property[J]. Tribology Letters, 2006, 23(3): 261-266.

[12] DU H, SUN C, HUA W G, et al. Structure, mechanical and sliding wear properties of WC-Co/MoS2-Ni coatings by detonation gun spray[J]. Materials Science and Engineering： A, 2007, 445-446(2): 122-134.

[13] DU H, SUN C, GONG J, et al. Deposition and characterization of D-gun pprayed WC-Co coating with self-lubricating property[J]. Materials Science Forum, 2007, 544-545(1): 215-218.

[14] WANG T G, LIU Y M, WANG Q M, et al. Influence of residual stress on the adhesive behavior of detonation gun sprayed WC-Co coatings[J]. Current Applied Physics, 2012, 12: 59-62.

[15] WANG T G, JEONG D, LIU Y M, et al. Study on nanocrystalline Cr2O3films deposited by arc ion plating: II. Mechanical and tribological properties[J]. Surface and Coatings Technology, 2012, 206(1): 2638-2644.

[16] WONG K C, LU X, COTTER J, et al. Surface and friction characterization of MoS2and WS2third body thin films under simulated wheel/rail rolling-sliding contact[J], Wear, 2008, 264: 526-534.

[17] WANG X, XING Y M, MA S L, et al. Microstructure and mechanical properties of MoS2/titanium composite coatings with different titanium content[J]. Surface and Coatings Technology, 2007, 201: 5290-5293.

[18] 潘蛟亮, 王引真, 李方坡, 等. Ni包MoS2添加劑對(duì)鎳基涂層的摩擦磨損性能影響[J]. 摩擦學(xué)學(xué)報(bào), 2008, 28(5): 225-229.

PAN J L, WANG Y Z, LI F P, et al. Effect of MoS2coated with Nickel on tribological properties of Ni-based coating[J]. Tribology, 2008, 28(5): 225-229.

[19] CAO T K, LEI S T, ZHANG M. The friction and wear behavior of Cu/Cu-MoS2self-lubricating coating prepared by electrospark deposition[J]. Surface and Coatings Technology, 2015, 270(5): 24-32.

[20] SHI X L, ZHAI W Z, XU Z S, et al. Synergetic lubricating effect of MoS2and Ti3SiC2on tribological properties of NiAl matrix self-lubricating composites over a wide temperature range[J]. Materials & Design, 2014, 55(3): 93-103.

[21] WU G Y, XU C H, XIAO G C, et al. Self-lubricating ceramic cutting tool material with the addition of nickel coated CaF2solid lubricant powders[J]. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 2016, 56(4): 51-58.

[22] LIU X B, MENG X J, LIU H Q, et al. Development and characterization of laser clad high temperature self-lubricating wear resistant composite coatings on Ti-6Al-4V alloy[J]. Materials & Design, 2014, 55(3): 404-409.

[23] 王新平，肖金坤，張雷，等.銀合金粉末粒度對(duì)Ag-MoS2復(fù)合材料摩擦磨損性能的影響[J].中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2012, 22(10): 2811-2817.

WANG X P, XIAO J K, ZHANG L, et al. Effect of silver alloy particle size on friction and wear properties of Ag-MoS2composites[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2012, 22 (10): 2811-2817.

[24] 付貴忠, 孔德軍, 張壘. 激光淬火后Cr12MoV滲鉻層的摩擦與磨損性能[J]. 材料工程, 2016, 44(4): 51-58.

FU G Z, KONG D J, ZHANG L. Friction and wear properties of Cr12MoV chromized layer after laser quenching[J]. Journal of Materials Engineering, 2016, 44(4): 51-58.

[25] 王敏. FeAlCrBSiNb非晶涂層形成機(jī)理和摩擦磨損行為[J]. 航空材料學(xué)報(bào), 2016, 32(2)： 14-20.

WANG M. Forming mechanisms and tribological properties of FeAlCrBSiNb amorphous coating deposited by high velocity arc spraying[J]. Journal of Aeronautical Materials, 2016, 32 (2): 14-20.

[26] RENZ A, KHADER I, KAILER A. Tribochemical wear of cutting-tool ceramics in sliding contact against a nickel-base alloy[J]. Journal of the European Ceramic Society, 2016, 36(3): 705-717.

(本文責(zé)編：楊 雪)

Tribological Behavior of Multi-layered WC-Co/MoS2-Ni Self-lubricating Coating Fabricated by Detonation Gun Spraying

WANG Tie-gang1,LI Bai-song1,YAN Bing1,FAN Qi-xiang1, LIU Yan-mei1，GONG Jun2，SUN Chao2

(1 Tianjin Key Laboratory of High Speed Cutting and Precision Processing， Tianjin University of Technology and Education,Tianjin 300222，China; 2 Institute of Metal Research，Chinese Academy of Sciences，Shenyang 110016，China)

The multilayered composite WC-Co/MoS2-Ni self-lubricating coatings were prepared by detonation gun spraying technology. The coating microstructure, element distribution, adhesive strength, and tribological properties were studied systematically. The results show that a little of MoS2is oxidized and decomposed into gas of SO2during the high-temperature spraying process. The SO2left in the coating and can form into the micro porosities. The friction coefficient of the WC-Co coating first increases rapidly in the initial running-in phase, and then gradually increases slightly after entering into the steady-state phase; whereas the friction coefficient of multilayer composite coating steps in the steady-state phase soon and starts to decline gradually when the top WC-Co coating became perforated. By comparison, the coating cohesion declines slightly after adding the self-lubricating layer MoS2-Ni, but the friction coefficient decreases by about 40%, and the wear resistance is also improved slightly.

WC-Co/MoS2-Ni coating;self-lubricating coating;detonation gun spraying;friction and wear

10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000002

TH117.3

A

1001-4381(2017)03-0073-07

國(guó)家自然科學(xué)基金(51301181)；天津市應(yīng)用基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究計(jì)劃(15JCZDJC39700)；天津市科技特派員項(xiàng)目(16JCTPJC49500)；天津市高等學(xué)校創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目(TD12-5043)；天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)科研發(fā)展基金(KJ14-22)

2016-01-04；

2016-11-26

王鐵鋼(1978-)，男，副教授，博士后，研究方向：硬質(zhì)涂層，聯(lián)系地址：天津市高速切削與精密加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(300222)，E-mail: sytgwang@163.com；tgwang@tute.edu.cn