爆炸噴涂AlCuFeSc準晶涂層的摩擦學性能研究

張恕愛,邢 勤,李 彰,王仲勛,趙 慧,王 浩

(1.煙臺職業學院,山東 煙臺 264670;2.航空材料先進腐蝕與防護航空科技重點試驗室(中國航發北京航空材料研究院),北京 100095;3. 哈爾濱工程大學 材料科學與化學工程學院,哈爾濱 150001)

準晶是同時具有長程準周期性平移序和非晶體學旋轉對稱性的固態有序相[1-3]。1982年以色列科學家Shecheman等在急冷的Al-Mn合金中觀察到了具有5次旋轉對稱性,以及明銳的電子衍射斑點的圖譜,認識到這是一種新的固體結構,并于1984年發表了這一發現[4]。

準晶由于其特殊結構使得其在力學性能[5]、表面性能[6]、電學性能[7]、熱學性能[8]、儲氫性能[9]等方面具有獨特的性能,其中低摩擦系數是準晶材料的優點之一,在相同的實驗條件下塊體AlCuFe準晶和相同的準晶涂層摩擦系數相近,摩擦系數最低可降至0.12,相當于常用鋁合金摩擦系數的1/3[10]。在準晶涂層的研究方面,Witor等[11]采用高速氧氣助燃火焰噴涂技術,用Al62.5Cu25Fe12.5和Al67Cu20Fe5Cr8粉末分別制備了兩種涂層,研究了兩種涂層的摩擦磨損性能和耐蝕性能,兩種涂層的腐蝕電流密度在1×10-6A/cm2左右,含Cr的涂層耐蝕性能更佳,AlCuFe涂層摩擦系數接近0.1,遠低于基體。Xiao等[12]采用高速空氣助燃火焰噴涂技術制備了AlCuFeCr準晶涂層,重點研究了涂層的摩擦磨損性能,結果表明該涂層摩擦系數為0.45,磨損率為7.6×10-5mm3/(N·m),同時探究了粉末粒徑對準晶涂層硬度以及結合強度的影響。

本文采用爆炸噴涂的方式在2A12鋁合金基底上制備了AlCuFeSc準晶涂層,考慮到航空發動機壓氣機等關鍵零部件表面在服役過程(600～800 ℃)中對耐磨防護涂層的需求,因此重點研究了涂層在室溫及700 ℃高溫環境下準晶涂層的摩擦學性能。……