史周琨，徐麗萍，張吉阜 ，胡永俊，鄧春明，宋進兵，劉 敏

1.廣東工業(yè)大學 材料與能源學院，廣東 廣州 510006；2.廣東省科學院新材料研究所，現(xiàn)代表面工程技術(shù)國家工程實驗室，廣東省現(xiàn)代表面工程技術(shù)重點實驗室，廣東 廣州 510651

機匣是航空發(fā)動機中的重要組成零件之一，作為航空發(fā)動機的基座起到承力、支撐的作用．機匣的外形普遍呈圓筒形或圓錐形，是一類由殼體和支板組成的構(gòu)件[1-2]．圖1為航空發(fā)動機外形和機匣外形．目前，發(fā)動機機匣主要應用的材料是鋁合金、鎂合金和鈦合金等．鋁合金材料資源豐富、價格便宜，并且有密度低、重量輕、耐腐性好、抗疲勞性較高及加工性能良好等優(yōu)點，因此在航空航天等重要工程領(lǐng)域中，面對鈦合金和復合材料的挑戰(zhàn)時，保有不可取代的地位[3]．

在航空發(fā)動機的服役過程中，機匣連接發(fā)動機的各個部件，內(nèi)部要與渦輪燃燒室連接，外部與排氣裝置、冷卻裝置、油管等部件連接，機匣要承受質(zhì)量慣性力、各種氣體載荷和循環(huán)熱應力等，常處于振動工況下，其工作環(huán)境異常惡劣[4-5]．發(fā)動機的激振會引起機匣與部件之間的摩擦磨損[6]，由于機匣與部件的表面發(fā)生極小幅度的相對運動，其位移幅度為微米量級，所以機匣表面形成的磨損稱之為微動磨損．鋁合金硬度低、耐磨性差，在受到熱影響后會引起較大的變形量，在微動磨損過程中極易發(fā)生氧化或變形現(xiàn)象．由于微動過程中鋁合金基體表面會不斷生成新的氧化層，導致鋁合金基體一直被消耗．鋁合金機匣與部件的連接間隙會因微動磨損的加劇而增大，大大降低疲勞極限，導致零部件失效，嚴重時會影響零部件的安全可靠性和使用壽命[7-8]．

圖1 航空發(fā)動機(a)及機匣(b)外形圖Fig.1 Outline drawing of aeroengine(a)and casing(b)

為了提升鋁合金表面耐磨耐腐蝕性能，減小微動磨損，延長機匣的使用壽命，常通過表面處理的方法來提高機匣的抗微動磨損性能，如表面機械強化(噴丸、滾壓)、表面熱處理、表面涂覆技術(shù)(電鍍與電沉積、熱噴涂和氣相沉積)等[9-11]．其中，表面涂敷技術(shù)在航天航空領(lǐng)域中應用最為廣泛，在機匣表面可以快速制備耐磨耐腐蝕涂層，有效的提高其抗微動磨損性能及力學性能[12]．下面將針對鋁合金機匣的抗微動磨損涂層材料及其制備工藝進行詳細介紹．

1 抗微動磨損材料

合理選用涂層材料對防護微動磨損極為重要．在滿足結(jié)構(gòu)強度的前提下，選擇塑性好、易變性的材料，可以有效地吸收相對滑動，減輕表面破壞；選擇硬度大、疲勞強度高的材料，可以有效減輕微動磨損和裂紋的產(chǎn)生；微動初期可以產(chǎn)生第三體，提供自潤滑效果的材料，可以減小接觸表面的損傷[9]．常用于抗微動磨損的涂層材料分為金屬材料和非金屬材料，均有硬質(zhì)和軟質(zhì)之分．典型軟質(zhì)材料有鋁青銅、CuNiIn和TiN 等，典型硬質(zhì)材料有MCrAlY、Co基WC和Cr2O3等[13-14]．軟質(zhì)材料雖然抗微動性能良好，有優(yōu)異的減摩耐磨性，但因其與基體的附著力較差，所以限制了其應用范圍．隨著制備技術(shù)的不斷提高，軟質(zhì)材料逐漸成為研究的熱點，下面將著重介紹鋁青銅、CuNiIn，MCrAlY和 TiN四種涂層材料．

1.1 鋁青銅

鋁青銅是以鋁為主要添加元素的銅合金，其鋁含量一般在5%～12%之間[15]，是一種新型的青銅合金．鋁青銅可以被分為兩類，普通鋁青銅和復雜鋁青銅．普通鋁青銅是指鋁-銅二元合金，其機械性能主要受鋁含量的影響．當鋁含量大于4～5%時，鋁含量與鋁青銅的強度和韌性成正比，與塑性成反比；當鋁含量約為11%時，鋁青銅的強度及耐磨性最好[16]．復雜鋁青銅除了鋁、銅元素外，還含有鐵、鎳、錳等其他起到組織細化作用的合金元素，使其耐磨性、硬度、強度及韌性均有所提升．鋁青銅不但兼具了銅合金的優(yōu)異性能，還具備比錫青銅更好的高強、高硬及良好的耐磨和耐蝕等機械性能[17]．通過熱噴涂制備的鋁青銅涂層有著良好的減摩性和抑制疲勞裂紋的優(yōu)良性能，在航空航天、海水淡化、金屬模具等存在嚴重微動磨損的設備中廣泛應用[18]．

進入二十世紀以來，越來越多的人開始研究鋁青銅涂層，利用不同的工藝制備鋁青銅涂層．章海維[20]采用等離子噴涂在鋼表面制備鋁青銅涂層，研究不同工藝參數(shù)對涂層孔隙率、硬度、結(jié)合強度的影響，等離子噴涂鋁青銅涂層的最佳工藝參數(shù)為噴涂距離 100 mm、噴涂電流 400 A、主氣流量 2500 L/h、次氣流量30 L/h．S. Alam[17]，采用低壓等離子噴涂制備鋁青銅涂層，研究不同的工藝參數(shù)對鋁青銅涂層摩擦性能的影響，通過不斷試驗發(fā)現(xiàn)，在電流700～750 A、噴距250 mm、真空度6.66×10-3～1.33×10-2時，涂層耐磨性能最好．路陽等人[19]，研究了粒度對高鋁青銅涂層的微觀結(jié)構(gòu)影響發(fā)現(xiàn)，粉體粒度越細，超音速等離子噴涂制備的涂層的組織和性能就越好．Wang[21]采用離子鍍技術(shù)制備鋁青銅涂層，針對涂層的微觀結(jié)構(gòu)進行了深入研究發(fā)現(xiàn)，涂層中含有γ2-(Cu9Al4)和β-(NiAl)相(圖2)，γ2和β相是提升涂層耐磨性能的關(guān)鍵因素．

圖2 粉料與噴涂態(tài)樣品的XRDFig.2 XRD of powder and spray state samples

楊杰[22]利用超音速火焰噴涂和大氣等離子噴涂在不銹鋼表面制備鋁青銅涂層，他認為α相和β′相對涂層微動磨損有重要影響，硬質(zhì)β′相保證了涂層的硬度，α相起到良好的嵌藏和保護氧化層的作用，使涂層表現(xiàn)出良好的抗微動磨損性能，圖3為兩種涂層斷面的掃描電鏡照片[22]．

圖3 鋁青銅涂層截面電鏡圖(a)等離子噴涂涂層；(b)超音速火焰噴涂涂層Fig.3 SEM of aluminum bronze coating(a)plasma spraying coating；(b)high velocity oxygen flame sprayed coating

1.2 CuNiIn

輕質(zhì)工程部件由鋁合金和鈦合金組成，廣泛應用于航空、汽車等應用中，當兩個接觸表面由于振動或循環(huán)載荷引起的小振幅切向運動時，經(jīng)常出現(xiàn)微動磨損[23]．CuNiIn涂層是一種綜合性能優(yōu)異的軟質(zhì)固體潤滑膜層[24-26]，In主要起潤滑作用，Cu和Ni既起潤滑作用，也能增強涂層承載能力．CuNiIn涂層硬度低、耐微動磨損性能良好，并且具有良好的抗高溫氧化性能，被用于改善輕質(zhì)合金表面抗微動磨損性能和耐高溫環(huán)境的零部件表面保護．

B. Rajasekaran[27]在基體Ti-6Al-4V上采用等離子噴涂和爆炸噴涂制備CuNiIn涂層，研究表明：等離子噴涂涂層，由于表面粗糙延長了微動疲勞壽命；爆炸噴涂涂層表面較高的硬度和壓縮殘余應力，同樣使微動疲勞壽命延長．靳磊[28]針對CuNiIn涂層中生成的復合化合物CuInO2的晶體結(jié)構(gòu)和力學性質(zhì)，系統(tǒng)研究了CuNiIn抗微動磨損涂層的失效機理，結(jié)果表明CuInO2韌性差、熱膨脹系數(shù)低，當涂層中含有CuInO2時會對抗微動磨損性能產(chǎn)生不利的影響，CuNiIn與CuInO2晶胞結(jié)構(gòu)模型如圖4所示．吳軒璇[29]在TC21鈦合金基體上利用超音速火焰噴涂制備了致密均勻、結(jié)合良好的CuNiIn涂層，發(fā)現(xiàn)CuNiIn涂層對TC21鈦合金抗微動磨損性能的影響和磨損機制，CuNiIn涂層的微動磨損機理主要為粘著磨損和磨粒磨損，TC21鈦合金磨損表面微觀形貌如圖5所示．郭志宏[30]采用電弧噴涂工藝以CuNiIn絲材為原料制備涂層，研究不同工藝參數(shù)對涂層結(jié)合強度、孔隙率和抗微動磨損性能的影響，結(jié)果表明：隨著電壓的增加，涂層硬度增大，結(jié)合強度降低；在率頻率10 Hz、位移幅值100 μm、載荷50 N的微動摩擦試驗條件下，涂層抗微動磨損性能良好，涂層中的In起到了潤滑的作用．

圖4 CuNiIn與CuInO2晶胞結(jié)構(gòu)模型(a)CuNiIn；(b)CuInO2Fig.4 Cell structure model of CuNiIn and CuInO2

1.3 NiCoCrAlYTa

MCrAlY (M=Ni，Co或NiCo合金)涂層是一種多元素的合金涂層，其主要成分由Ni，Co，Cr，Al，Y，Ta，Hf，Si，Zr和Ti等元素組成，具有良好的塑性、較高的高溫強度、優(yōu)異的抗氧化性能及抗腐蝕性能，是理想的高溫耐磨防護涂層．涂層中每種元素都各自不同的特點，調(diào)整涂層中元素的種類和配比，可以得到不同性能的抗氧化、抗熱腐蝕和機械性能優(yōu)異的涂層[31-32]．Ni，Co或Ni+Co是MCrAlY涂層的基體元素，主要影響抗腐蝕(氧化)性能，當Co為20%～26%時，與Ni組合的MCrAlY涂層在具有抗氧化性的同時還具有最佳的韌性和耐磨性能；Al和Cr影響著MCrAlY合金的抗氧化性能，在長時

間的高溫氧化環(huán)境下Al在界面形成一層致密的Al2O3保護膜，可阻止底層的氧化，而Cr除了促進Al2O3膜的生成外，還與O作用生成Cr2O3，主要起抗熱腐蝕作用，也能提高抗氧化和抗硫化腐蝕性能．隨著工業(yè)的需要，MCrAlY涂層的耐磨性成為了近年來國內(nèi)外研究的熱點．NiCoCrAlY粉末和涂層的掃面電鏡圖如圖6所示[33]．

圖6 NiCoCrAlY粉末和涂層的掃面電鏡圖(a)粉末形貌；(b)HVOF涂層表面形貌；(c)涂層的橫截面Fig.6 SEM of NiCoCrAlY powder and coating[](a)powder morphology；(b)surface morphology of HVOF coating；(c)cross section of coating

Juan Pereira[34]等人，研究了NiCoCrAlY在低溫和高溫(500 ℃)情況下的摩擦行為，利用激光熔覆技術(shù)制備的NiCoCrAlY涂層結(jié)構(gòu)均勻致密，結(jié)果表明NiCoCrAlY涂層在高溫下有更好的摩擦磨損性能．室溫下涂層的磨損機制主要是粘著磨損和剝層引起的，高溫下的磨損機制主要是由高溫下生成的氧化物顆?；驓埩粑镌斐傻哪p．Hao[35]在NiCoCrAlYTa涂層中添加WC-Co增強材料，改善其顯微硬度和耐磨性．NiCoCrAlYTa粉末和WC-Co粉末混合后超音速火焰噴涂技術(shù)制備涂層，隨著硬質(zhì)材料WC-Co的增加，涂層的顯微硬度增加，摩擦系數(shù)增加，磨損率降低．同樣，為了提高NiCoCrAlYTa涂層的耐磨性，劉自敬等人[36]在NiCoCrAlYTa中添加Al2O3，采用超音速等離子噴涂技術(shù)制備了NiCoCrAlYTa-10%Al2O3復合涂層，大大提高了耐磨性．目前，關(guān)于NiCoCrAlYTa涂層的抗微動磨損性能研究較少，這也是需要探究的熱點之一．

1.4 TiN

TiN是一種新型的陶瓷材料，其粉末一般呈現(xiàn)黃褐色，具有高熔點、高硬度、摩擦系數(shù)小及優(yōu)良的導熱導電性和生物相容性，在耐高溫、耐磨損、耐腐蝕等方面有廣泛的應用，如刀具、模具和集成電路等產(chǎn)業(yè)[37]．目前制備TiN涂層的方法主要為物理氣相沉積、化學氣相沉積、超音速火焰噴涂和大氣等離子噴涂等．

李淵明[38]比較了TiN和TiAlN涂層的摩擦磨損特性發(fā)現(xiàn)：由PVD技術(shù)在45鋼表面沉積出的TiN和TiAlN涂層，隨著載荷的增加摩擦系數(shù)都有較大的下降，TiN涂層效果更好(如表1所示)；磨損量隨載荷的增大而增大，TiAlN涂層的抗磨損能力更好．古柏林[39]在高溫下對TiN/Ti復合涂層的微動磨損特性進行研究，采用等離子體浸沒離子注入和沉積技術(shù)(PIII&D)在1Cr18Ni9Ti不銹鋼基材上制備復合涂層．結(jié)果表明：在部分滑移區(qū)，溫度的改變對復合涂層的微動磨損特性影響不顯著；在滑移區(qū)，室溫下TiN/Ti涂層表現(xiàn)出較好的耐磨性，但磨損量隨著溫度的升高而增加．吳艷萍[40]針對不同位移幅值下Ti/TiN多層膜的微動磨損行為進行探究發(fā)現(xiàn)，隨著位移幅值的增加，微動磨損由部分滑移區(qū)向滑移區(qū)轉(zhuǎn)變，摩擦系數(shù)增加，磨損量增大，其主要的磨損機理是磨粒磨損和剝層，圖7為Ti/TiN多層膜在正常載荷為20 N和不同位移幅度下的微動環(huán)．

表1 45鋼、TiN與TiAlN在不同載荷下的平均摩擦系數(shù)

圖7 Ti/TiN多層膜在正常載荷為20 N和不同位移幅度下的微動環(huán)Fig.7 Fretting ring of Ti/TiN multilayers under normal load of 20 N and different displacement amplitude(a)-5～5 μm;(b)-20～20 μm;(c)-100～100 μm

在工業(yè)生產(chǎn)中，根據(jù)不同的工作環(huán)境合理的選擇涂層材料，可以更好的減緩微動磨損，這會推動工程應用的進步．研究學者不斷探究性能更好的涂層材料，并探索復合涂層的可行性，根據(jù)不同材料的特性，將涂層材料與表面技術(shù)有機結(jié)合在一起，制備出適用更惡劣工況的復合涂層．

2 涂層制備工藝

表面涂覆技術(shù)是表面工程技術(shù)中應用最廣的，也是制備抗微動磨損涂層的主要手段．在被保護的基體材料表面制備一層或多層涂覆層，從而提高基體材料的性能來滿足不同的工作環(huán)境．表面涂覆技術(shù)生產(chǎn)效率高，材料的選擇空間大，涂覆層致密性

高、厚度均勻可控、與基體有很強的結(jié)合力，常用于抗微動磨損涂層的技術(shù)主要包括熱噴涂、氣相沉積和電鍍等．

2.1 熱噴涂技術(shù)

熱噴涂是特定的熱源(如火焰、電弧、激光等)將涂層材料加熱至熔化、半熔化或軟化狀態(tài)，同時借助自身或外加氣流的動力將熔滴加速噴射至基體表面，沉積形成涂層，如圖8所示．熱噴涂技術(shù)具有所用材料種類多、工作效率高和成本低等優(yōu)點，制備的涂層致密性高，與基體結(jié)合強度高，能夠獲得具有不同性能的涂層，如優(yōu)異的耐磨涂層、絕緣涂層、耐腐蝕涂層等．隨著航天工業(yè)的空前發(fā)展，熱噴涂技術(shù)在航天產(chǎn)品的各類零部件中得到了廣泛的應用．

圖8 涂層形成原理Fig.8 Principle of coating formation

2.1.1 超音速火焰噴涂

超音速火焰噴涂(High Velocity Oxygen Fuel，簡稱 HVOF)是將涂料送入燃燒室，在高溫高壓火焰的作用下，涂料熔化并加速，熔融粒子在高速焰流的牽引下噴射至基體表面形成涂層[41]．相比其他熱噴涂工藝，超音速火焰噴涂的火焰溫度較低、焰流速度快、沉積效率高，其制備的耐磨涂層具有孔隙率低、氧化和熱分解少、與基體結(jié)合強度高和耐磨性能好等優(yōu)點，在工程機械領(lǐng)域有廣泛的應用，但超音速火焰噴涂燃料消耗大，成本略高[42-45]．

徐濤等人[46]采用HVOF在Inconel690合金管上制備了WC-10Co-4Cr和CoCrW兩種涂層，在載荷一定時涂層摩擦系數(shù)隨位移幅值的增加而增加，WC-10Co-4Cr的耐磨性優(yōu)于CoCrW 涂層，兩種涂層在室溫下的磨損機制主要為剝層和磨粒磨損(圖9)．羅軍等人[47]研究了HVOF制備的WC-27CrNi涂層的轉(zhuǎn)動微動摩擦動力學行為，結(jié)果表明：WC-27CrNi涂層耐磨性能優(yōu)異，在部分滑移區(qū)涂層磨損很小、摩擦系數(shù)始終低于基材；在滑移區(qū)，由于在微動過程中產(chǎn)生了硬質(zhì)磨屑，所以摩擦系數(shù)高于基材，涂層的主要磨損機制為磨粒磨損、氧化磨損和剝層．E.J.Carrasquero[48]在SAE1045鋼基體上采用HVOF制備Ni-Cr基合金涂層，研究在不同載荷下涂層的微動磨損性能，結(jié)果顯示涂層的磨損量隨載荷的增加而增大，在恒定載荷下磨損量隨位移幅值的減小而減小．

2.1.2 等離子噴涂

等離子噴涂(Plasma spraying)的工作原理是利用電弧作用將工作氣體(通常選用 Ar、He、N2和H2)電離成等離子焰流，涂料被高溫高速等離子射流快速加熱成熔滴，噴射在基體上冷卻凝固形成片層結(jié)構(gòu)的涂層[49-50]．等離子噴涂技術(shù)工藝穩(wěn)定，在噴涂中由于焰流軸向溫度下降很快，所以對基體的熱影響較?。灰话悴捎枚栊詺怏w作為工作載氣，噴涂粉末很難與空氣接觸，涂層氧化率很低．等離子噴涂制備的耐磨涂層和熱障涂層是研究的熱點，在航空、航天領(lǐng)域應用零部件中應用廣泛．

圖9 WC-10Co-4Cr和CoCrW涂層磨痕表面SEM形貌照片F(xiàn)ig.9 SEM of wear scar morphology of WC-10CO-4Cr and CoCrW coatings

W.Tian等人[51]對比了納米結(jié)構(gòu)和非納米結(jié)構(gòu)Al2O3-13%TiO2涂層的抗微動磨損性能，他們發(fā)現(xiàn)等離子噴涂制備的納米結(jié)構(gòu)涂層存在納米顆粒和非晶相，無明顯的層狀結(jié)構(gòu)，比非納米結(jié)構(gòu)涂層硬度高，抗微動磨損性能好．V.Fridrici等人[52]在Ti-6Al-4V基體上用等離子噴涂制備的CuNiIn涂層，在研究涂層的微動磨損行為中發(fā)現(xiàn)，軟質(zhì)的CuNiIn涂層能有效減小磨痕中的裂紋長度，且裂紋長度隨法向載荷的增加而增長．季珩等人[53]以TiN粉體為

原料，采用大氣等離子噴涂在43 kW功率下，制備的涂層呈層狀，結(jié)構(gòu)均勻、孔隙率較小，表現(xiàn)出優(yōu)異的耐磨性．

2.1.3 電弧噴涂

在熱噴涂技術(shù)領(lǐng)域中，電弧噴涂設備簡單、操作容易、成本低、不需要可燃氣體和氧氣，所制備涂層結(jié)合強度高[54-55]，廣泛應用于機械部件的維修、防護等領(lǐng)域中．電弧噴涂的工作原理如圖10所示[56-57]，利用兩根絲材的端部與電源的正負極相接，發(fā)生短路而產(chǎn)生電弧，使絲材端部熔化，再利用通入的壓縮空氣霧化后噴射至基體表面形成涂層．電弧噴涂技術(shù)效率高、制備成本低，但相對其他熱噴涂工藝，涂層致密性較差．

圖10 電弧噴涂原理Fig.10 Principle of arc spraying

田浩亮等人[58]在45鋼基體表面利用電弧噴涂技術(shù)制備了FeCrAl/Ni95Al復合涂層，在載荷30 N、頻率5 Hz和位移幅值5 mm的微動摩擦磨損條件下干摩擦15 min后發(fā)現(xiàn)，涂層耐磨性好，磨損失效的主要形式為剝落失效和氧化磨損(如圖11所示)．這是由于氧化物磨屑在一定程度上會由于熱壓燒結(jié)再次形成氧化物層，可以降低磨損率提高耐磨性能．郭志宏等人[30]，利用電弧噴涂技術(shù)制備CuNiIn涂層，在頻率10 Hz、位移幅值0.1 mm、載荷50 N的微動摩擦試驗條件下，涂層的磨損表面磨痕淺，并無明顯的粘著痕跡，具備優(yōu)良的抗微動磨損性能．

圖11 復合涂層磨痕表面的SEM照片(a)宏觀形貌；(b)微區(qū)形貌；(c)微區(qū)高倍形貌Fig.11 SEM of wear scar morphology of composite coating (a)macroscopic morphology；(b)micro-structure morphology；(c)high micro-structure morphology

2.2 氣相沉積技術(shù)

氣相沉積技術(shù)發(fā)展迅速，在現(xiàn)代工業(yè)中應用廣泛．氣相沉積根據(jù)原理的不同，主要可以分為化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition，簡稱CVD)和物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition，簡稱PVD)．CVD技術(shù)的原理是，在一定溫度下氣化原料，在基體表面通過化學反應生成薄膜材料．PVD技術(shù)是在真空或者低氣壓放電條件下，涂層材料由固相轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀?，以原子或分子形式蒸發(fā)，在輝光放電產(chǎn)生的等離子體作用下，沉積或注入到基體上形成涂層[59]．氣相沉積技術(shù)制備的涂層組織細小、均勻致密，可以有效提高基體材料表面的硬度、韌性、耐磨性、高溫穩(wěn)定性和使用壽命，但涂層厚度有限，且制備成本高昂．

Aravind Vadiraj等人[60]在醫(yī)用材料Ti-6Al-4V和Ti-6Al-7Nb基體上，利用PVD技術(shù)制備TiN涂層，所制備的TiN涂層降低了摩擦系數(shù)，顯著提高了基體材料的抗微動磨損性能，表現(xiàn)出良好的減摩耐磨性．Ben等人[61]利用磁控濺射技術(shù)在4140鋼材基體上沉積了TiAlCN/TiAlN/TiAl復合涂層，在5 Hz，20000循環(huán)周次下，進行了50，100，200，500和750 N的不同載荷下的微動摩擦實驗．結(jié)果表明，載荷直接影響抗微動磨損性能，載荷越大磨損量越大．何其榮[62]在T225NG鈦合金基體上采用直流等離子體增強化學氣相沉積(PCVD)方法制備TiN/TiN+Si/TiN多層膜，研究了室溫至400 ℃范圍內(nèi)的微動磨損表現(xiàn)(圖12)，發(fā)現(xiàn)多層膜可以顯著降低鈦合金基材的磨損，磨損量隨溫度的升高而增加，其主要的微動磨損機制為剝層和磨粒磨損．

圖12 多層膜和基材在不同溫度條件下磨損體積Fig.12 Wear volume of multilayer and substrate at different temperatures

2.3 電 鍍

電鍍技術(shù)實質(zhì)上是利用電解的原理，在含有金屬離子的鹽溶液中，被鍍工件作為陰極，在直流電的作用下，將金屬離子還原并沉積在工件的表面，形成金屬鍍層[63-64]．鍍層可以有效地提高基體耐磨性、導電性、防腐蝕性，并且有增進美觀的效果．電鍍工藝廣泛應用于裝飾、機械零部件、電子電器儀表、航空和軍工等精密行業(yè)，但是電鍍工藝能耗大、污染嚴重，重離子廢水的處理是一大難題，電鍍工藝正向著綠色環(huán)保生產(chǎn)的方向發(fā)展．

I. R. Aslanyan[65]在鍍層中添加亞微米級SiC增強添加劑，研究其對抗微動磨損性能的影響．采用電鍍技術(shù)，在鋼基體制備含有不同含量亞微米級SiC增強添加劑的NiP鍍層，并在420 ℃退火1 h，在載荷10 N、頻率2 Hz、位移幅值500 μm條件下進行微動磨損實驗．結(jié)果表明，摩擦系數(shù)隨SiC添加量的增而增大，但經(jīng)過熱處理后，摩擦系數(shù)下降，磨損率降低．Kyungmok[66]選用圓柱與圓柱的接觸形式進行微動磨損實驗，并在實驗中檢測樣品的電阻變化，鍍金黃銅的抗微動磨損性能明顯優(yōu)于鍍錫黃銅，可有效的減少接觸表面的摩擦系數(shù)，電阻達到10 mΩ時鍍金黃銅的壽命是鍍錫黃銅的兩倍．Xu[67]在涂料中摻雜納米Al2O3陶瓷顆粒，利用電刷鍍技術(shù)制備復合鍍層，研究了20，200，400和500 ℃下的抗微動磨損性能，研究發(fā)現(xiàn)復合鍍層與基體結(jié)合良好，在低溫和高溫下都表現(xiàn)出良好的抗微動磨損性能，究其原因是細晶強化和高密度位錯強化所致．

3 結(jié) 語

目前，針對抗微動磨損涂層的工藝研究已相對完備，其中熱噴涂技術(shù)是最常用的涂敷技術(shù)，采用不同的工藝及參數(shù)可以制備具有優(yōu)異抗微動磨損性能的涂層，并在工程領(lǐng)域中有廣泛的應用．但是在航空航天領(lǐng)域中，抗微動磨損涂層研究甚少，缺乏系統(tǒng)的制備工藝．在未來的研究中，應在以下幾個方面進行突破：(1)深入航空航天領(lǐng)域抗微動磨損的研究，針對實際的服役條件，尋找最有效的工藝；(2)加深微動磨損的機理研究，從材料結(jié)構(gòu)出發(fā)，探究微動磨損的根本機理；(3)探索新的表征手段，對微動摩擦進行實時檢測，研究微動摩擦過程中涂層的變化．