中国科学院材料磨损与防护重点实验室/先进润滑与防护材料研究发展中心知识库

    利用激光原位反应制备了以NiCrAlY合金作为基体，且具有良好润滑性能的镍基复合涂层材料。系统考察了激光合金化及熔覆工艺、涂层的物相组成、组织结构、涂层的摩擦学性能。分析了涂层材料结构与性能之间的关系，探究了不同润滑相间的摩擦化学反应机制，获得了有价值的数据和结果。为NiCrAlY合金及其合金激光表面处理技术工程化应用提供了技术和理论支持。主要研究内容和结论如下：

   （1）利用激光熔覆技术在GH4169合金表面上制备了NiCrAlY/Cr₃C₂(NiCr)/V₂O₅/Ag₂O复合涂层、NiCrAlY/Cr₃C₂(NiCr)/V₂O₅复合涂层以及NiCrAlY/Cr₃C₂(NiCr)/Ag₂O复合涂层。用XRD、SEM和Raman等分析测试技术，研究了三种涂层的组成、结构。用HT-1000摩擦试验机评价了三种涂层在室温到800 ℃的摩擦磨损性能。研究结果表明：组成不同对熔覆涂层的物相组成、显微结构及摩擦学性能产生了重要的影响；以V₂O₅和Ag₂O为润滑相的涂层主要含Ni基固溶体、Cr₂₃C₆、Cr₂VC₂、Ag和VO，显微结构主要为粗大的棒状晶和细小的树枝状晶；以V₂O₅为润滑相的涂层主要含Ni基固溶体和Cr₂VC₂，显微结构主要为胞状晶；以Ag₂O为润滑相的涂层主要含Ni基固溶体、Cr₂₃C₆和Ag，显微结构主要为细小的棒状晶和树枝状晶。在NiCrAlY/Cr₃C₂(NiCr)/Ag₂O复合涂层中，由于存在大量的增强相Cr₂₃C₆以及细小晶粒引起的晶粒细化作用使其硬度为三种涂层中最大的；在400 ℃以上的摩擦实验中发现：NiCrAlY/Cr₃C₂(NiCr)/V₂O₅/Ag₂O涂层在摩擦过程中通过摩擦化学反应生成了大量的钒酸银（Ag₃VO₄和AgVO₃），这是一种具有层状结构的良好的润滑剂，并且在摩擦过程中，大量的金属被氧化成氧化物（如NiO、V₂O₅和Cr₂O₃），作为一种良好的润滑相与钒酸银之间具有协同润滑效应，因而该涂层在三种涂层中具有最好的润滑性和耐磨性。200 ℃以下，其磨损机理主要是磨粒磨损，400℃以上时候，其主要的磨损机理包括磨粒磨损和粘着磨损。

   （2）利用激光熔覆技术在GH4169合金表面制备NiCrAlY/Cr₃C₂(NiCr)/Cu/MoO₃自润滑复合涂层，其中，Cr₃C₂(NiCr)为增强相，Cu和MoO₃为润滑相。利用XRD和SEM表征了涂层的主要组分和结构，涂层的主要成分是γ-（Ni，Al，Cu）、Cr₃C₂、Cr₇C₃，CuO和Mo₂C，涂层的结构主要是棒状晶和树枝状晶。涂层中存在了大量的增强硬质相（Cr₃C₂、Cr₇C₃和Mo₂C），因而涂层的硬度较基材有了大幅度的提高。利用HT-1000型摩擦试验机和3D轮廓仪对涂层的摩擦磨损性能进行了表征，使用Raman对涂层磨损后的成分进行了表征，研究发现，在200 ℃时，涂层的摩擦系数（0.7）和磨损率（7.7×10^-5 mm³/N•m）最大，随着温度的升高，通过氧化反应，大量的氧化物润滑剂（CuMoO₄,MoO₃,Cr₂O₃,CuO和NiO）生成，涂层的润滑性和耐磨性得到极大改善，在800 ℃时，摩擦系数为0.34，磨损率为1.0×10^-5 mm³/N.m。在室温时，其磨损机理主要是磨粒磨损，当温度超过200 ℃，其磨损机理主要是塑性变形和粘着磨损。