1、微動(dòng)磨損是一種表面破壞過程,在小位移幅值(微米量級(jí))震動(dòng)的兩接觸表面幾乎都可以觀察到；已成為核電、航空、鐵路等工業(yè)領(lǐng)域中緊配合部件失效的主要原因之一。在核反應(yīng)堆中,由于特殊的高溫環(huán)境,使得蒸汽發(fā)生器管與支撐構(gòu)件在高溫回路冷卻水的循環(huán)流動(dòng)下發(fā)生了嚴(yán)重的高溫微動(dòng)損傷。硬質(zhì)涂層因具有高的硬度、耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性而作為抗微動(dòng)磨損的重要防護(hù)措施之一被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)中。但目前對(duì)于硬質(zhì)涂層的微動(dòng)磨損研究一般只在常溫下進(jìn)行,而高溫微動(dòng)磨損研究報(bào)道很

2、小。因此對(duì)硬質(zhì)涂層進(jìn)行高溫微動(dòng)磨損行為研究,減緩核電設(shè)備和防護(hù)具有重要意義。
　　 本文在高精度液壓式高溫微動(dòng)磨損試驗(yàn)機(jī)上,采用球／平面接觸模式,研究了TiAlN涂層和基體Ti-Al-Zr鈦合金的高溫微動(dòng)磨損行為。分析了其摩擦系數(shù)、磨損體積以及磨痕形貌；利用激光共聚焦掃描顯微鏡(LCSM)測(cè)量磨損量,用光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜儀(EDS)及表面輪廓儀等對(duì)磨癍進(jìn)行微觀分析。系統(tǒng)研究了涂層和基體在不同位移幅

3、值、法向載荷及溫度的磨損行為,探討了其高溫微動(dòng)磨損機(jī)理。論文主要結(jié)論如下:
　　 (1)法向載荷對(duì)涂層和基體摩擦系數(shù)影響大,且均隨著載荷的增加而增大；而位移幅值對(duì)摩擦系數(shù)變化不明顯(特別是在穩(wěn)定階段)。400℃時(shí)摩擦系數(shù)曲線波動(dòng)大。
　　 (2)法向載荷和位移幅值的變化對(duì)涂層微動(dòng)損傷均產(chǎn)生較大影響,涂層的磨損量均隨著法向載荷或位移幅值的增加而增大。室溫時(shí),隨著載荷的增加,涂層磨痕形貌變得粗糙,而在高溫時(shí)其磨痕形貌卻變得相

4、對(duì)光滑；高溫時(shí)位移幅值的變化對(duì)磨痕形貌特征影響不顯著。
　　 (3)溫度對(duì)微動(dòng)磨損表現(xiàn)為兩種行為:①溫度的升高使得涂層及基體局部區(qū)域易發(fā)生粘著及塑性變形,以及涂層與基體的熱膨脹系數(shù)不同；在交變應(yīng)力作用下會(huì)在界面及涂層薄弱區(qū)產(chǎn)生裂紋,從而導(dǎo)致涂層的斷裂、剝落,加重磨損；②溫度升高使得表面間易發(fā)生氧化,當(dāng)在磨痕最表面覆蓋一層致密的、壓實(shí)的氧化層時(shí),對(duì)接觸表面具有自潤(rùn)滑和保護(hù)作用,會(huì)減輕磨損。在25℃至200℃之間,以第一種行為主,摩

5、擦系數(shù)值和磨損量隨著溫度的升高而增大；而在200℃至400℃之間,以第二種行為為主,摩擦系數(shù)值和磨損量卻隨著溫度的升高而下降。
　　 (4)室溫和200℃,TiAlN涂層磨損機(jī)理主要為磨粒磨損、氧化磨損和剝層共同作用,而400℃時(shí)磨損機(jī)理主要表現(xiàn)為氧化磨損和剝落。基體室溫時(shí),磨痕中心區(qū)域有許多剝落坑,磨損主要以剝層機(jī)制和磨粒磨損為主；200℃時(shí)以粘著和剝落為主,而400℃時(shí)主要以剝層磨損、氧化磨損及粘著磨損為主；基體磨痕剖面顯示