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冷喷涂及HVAF铁基非晶合金涂层在不同载荷下摩擦学行为的研究

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近年来，冷喷涂技术成为国际上表面强化技术的研究热点。与传统的热喷涂相比，该技术最大的特点在于粒子到达基体之前处于固态非熔融状态，且工作温度远小于热喷涂中的最低温度2000 ℃，可以极大地限制热量输入对涂层性能的不利影响，所制备涂层具有氧含量低、无相转变、非晶程度高和内部残余应力小等优点。
Fe基非晶合金具有短程有序、中程无序、无晶界位错以及元素分布均匀等优点，具备超高的强硬度和优异的防腐耐磨性能，加之铁矿资源储备丰富，制备成本低廉，使其成为目前表面防护及再制造加工等领域最具前景的涂层材料之一。
本文利用冷喷涂（CGDS）技术及超音速火焰喷涂（HVAF）技术分别在35CrMo基体上制备了Fe基非晶合金涂层，研究了在不同载荷下，两种涂层的摩擦学行为。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪对涂层的显微结构进行分析，利用维氏硬度计测量涂层截面的维氏硬度，利用摩擦磨损试验机对涂层进行不同载荷的摩擦实验，利用三维形貌测量仪对磨损表面三维形貌进行分析。结果表明，Fe基非晶合金原料粉末呈现均匀分布的球形颗粒；CGDS涂层致密，孔隙率低于2%，其XRD谱具有明显的非晶特征，非晶程度高达90%，而HVAF涂层除具有非晶特征之外，还有多个较强的结晶衍射峰，非晶程度约为80%；CGDS涂层的显微硬度略高于HVAF涂层，达到1100 HV0.1；分别对两种涂层在载荷为5，10，15 N的条件下进行往复式干摩擦实验，保持一定的摩擦频率和试验时间，随着载荷的加大，两种涂层的摩擦系数也随之升高，磨损体积增大；在不同载荷下，CGDS涂层的平均磨损率为2.12×10-4 mm3/(N·m)，而HVAF涂层的平均磨损率为4.93×10-4 mm3/(N·m)，表明前者具有更为优异的耐磨性能；磨痕的微观形貌表明，CGDS涂层的主要磨损机制为磨粒磨损，带有部分剥落坑，HVAF涂层的主要磨损机制为黏着磨损，有明显的剥层现象。
综上，相比于HVAF涂层，CGDS涂层的致密性更好、硬度更高，且耐磨性能更优异。