熱處理對CoMoCrSi涂層組織和性能的影響

國洪建， 安宇龍， 陳建敏， 閆鵬勛， 吳志國

（1.蘭州城市學院 培黎機械工程學院，蘭州 730070；2.中國科學院蘭州化學物理研究所 固體潤滑國家重點實驗室，蘭州 730000；3.甘肅省科學院 納米技術應用研究室，蘭州 730000）

［摘要］前期的研究發(fā)現CoMoCrSi 涂層在高溫下具有優(yōu)異的摩擦學性能，但室溫下的摩擦學性能有待進一步改善。為此，將CoMoCrSi 涂層在800 ℃下分別進行3h、5h和10h的退火熱處理，研究了熱處理工藝對CoMoCrSi 涂層微觀組織結構、力學以及摩擦學性能的影響。利用硬度計、拉伸試驗機測試了CoMoCrSi涂層熱處理前后涂層的硬度和結合強度；利用CSM摩擦試驗機考察涂層在1000 m長距離的摩擦學行為；利用XRD、SEM和Raman分析了涂層及磨痕的微觀結構。研究結果表明：與噴涂態(tài)涂層相比，熱處理后CoMoCrSi涂層的結晶性和組織得到顯著改善，涂層的孔隙率降低到0.32%～0.20%；結合強度提高到63.8～68.5 MPa，涂層表面顯微硬度由噴涂態(tài)的902.8 HV0.3提高到1237.6 HV0.3；涂層室溫下的摩擦系數達到0.39～0.40，磨損率降低到（0.7～0.8）×106mm3/(N·m)，表明熱處理后CoMoCrSi涂層的摩擦學性能增強。分析認為，經過熱處理后在涂層表面形成了一層由Cr2O3和CoMoO4構成的納米氧化層（600～1200 nm），其中Cr2O3起到了關鍵的抗壓、抗磨損作用，而CoMoO4在摩擦過程中起到了潤滑作用，因此熱處理后涂層表面硬度顯著提高，室溫下的摩擦系數和磨損率顯著降低，涂層的磨損機制由噴涂態(tài)涂層的脆性斷裂加上粘著磨損轉變?yōu)檩p微的磨粒磨損。綜合考量涂層組織及性能，最佳熱處理時間定為3h。