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铝合金表面新型耐磨自润滑涂层设计及组织性能研究

铝合金；冷喷涂；耐磨自润滑涂层；体积磨损率；摩擦系数

铝合金具有优良的强度、塑韧性、导电导热性以及易于加工成型、表面处理、重量轻等优点，广泛应用于国防、航空航天、高铁等领域。但是铝合金零部件在接触运动过程中由于摩擦磨损而导致的机械失效和能量损失已成为许多工业领域所面临的关键问题。目前，主要使用液体润滑剂缓解摩擦副接触界面的摩擦磨损，但是在开放、重载条件下，传统的液体润滑剂无法满足零部件的润滑需求。而金属基耐磨自润滑涂层由于材料本身或转移膜的低剪切性能，具有优异的抗磨性能，是提高耐磨性、降低摩擦系数的有效途径。

目前，制备金属基耐磨自润滑涂层的技术主要有超音速火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂等热喷涂技术，以及激光表面熔覆技术。热喷涂技术、激光熔覆技术所具有的快速加热及快速冷却为制备金属基耐磨自润滑涂层提供了有利的热力学条件，具有可制备材料范围广、沉积效率高等优点。但是热喷涂、激光熔覆等技术在涂层制备过程中，润滑相在高温下容易分解，易与耐磨相发生反应，破坏涂层摩擦学性能，此外，高温容易导致基体与涂层发生氧化、成分偏析以及形成缩孔、氧化物夹杂，对金属基耐磨自润滑涂层的性能发挥产生不利影响。

冷喷涂技术(Cold Spray, CS) 是一种新型的以低温固态喷涂沉积为特点的涂层制备技术，其喷涂过程温度远低于原始粉末材料的熔化温度，可有效避免高温导致的氧化、相变及热裂等不利影响。在本研究中，使用冷喷涂技术将成分配比分别为6061Al- 20wt.% Al2O3(Coating20)、6061Al- 30wt.% Al2O3(Coating30)、6061Al- 40wt.% Al2O3(Coating40)复合粉末沉积到7075铝合金基体表面。使用扫描电镜、摩擦磨损仪、显微硬度计、EDS等材料表征技术研究了涂层的微观组织与力学性能。结果表明：在初始摩擦磨损阶段复合涂层的主要磨损机制为粘着磨损与磨粒磨损，在稳定摩擦磨损阶段复合涂层的主要磨损机制为磨粒磨损与疲劳磨损。且三种复合涂层的体积磨损量较低，分别为7075铝合金体积磨损率的44%、34%、26%，而7075铝合金基体的平均摩擦系数为0.5，Coating20、Coating30、Coating40的平均摩擦系数分别为0.3、0.1、0.3，复合涂层表现出良好的抗磨与润滑性能。