.918 北京科技大学学报 第35卷 2.3涂层的显微硬度及耐磨性能 2.3.2涂层化学硬化前后的磨损体积 2.3.1涂层化学硬化前后的显微硬度 室温干滑动磨损条件下，硬化前后YPSZ涂 层的磨损数据如表2所示.根据表2中数据可 材料的硬度是其摩擦磨损性能的重要参数之 知：YPSZ涂层磨损体积为12550.8×10-6mm3,配 Sanz2,1研究指出，化学硬化处理可以降低 副刚玉球也有较大的摩擦损失，约为涂层磨损体积 YPSZ涂层自身的低孔隙率并增强其压缩残余应 的18.9%；当涂层经过化学硬化后，其磨损体积急 力，因此改善的致密度及增大的内应力会在一定 剧降低至647.5×10-6mm3,约为未经硬化处理涂层 程度上提高涂层的硬度，并改善其耐磨性能.根据 磨损体积的5%，而且涂层与配副的磨损体积比低 涂层硬化前后表面所测的各自15组数据作图如图 于1，仅为0.73，表明经过硬化处理后的YPSZ涂 7所示.由图可以看出，经化学硬化处理后的涂 层的耐磨性要高于刚玉配副. 层(YPSZ+CH)表面显微硬度明显高于未经化学硬 2.3.3化学硬化前后涂层的摩擦因数 化处理的YPSZ涂层，其平均显微硬度值为1071 基体、涂层和经过硬化处理涂层的摩擦因数曲 HVo.3,较处理之前YPSZ涂层硬度的751HVo.3提 线如图8所示.纯铜基体在经历了大约12min的跑 高了43%.因此可知，经化学硬化处理后的YPSZ 合阶段后进入了稳定磨损阶段，摩擦因数在整个磨 涂层具有更优异的耐磨性能 损阶段波动较小，在0.30.4之间.YPSZ涂层在经 ·-CH+YPSZ 历了大约8mim的跑合阶段后进入稳定磨损阶段， YPSZ 10 1100 其摩擦因数在0.50.6之间稳定变化.经过化学硬 1050 1000 化处理的涂层的摩擦因数曲线在前70min很不稳 950 定，在这一部分可再分三个阶段：前5mim时摩擦 因数比较低，在0.20.3之间：5~70mim时摩擦因 650 数虽有波动，但是整体呈上升趋势，在0.300.81之 哆 600 550 500 间：7073min时摩擦因数急剧下降，在73min以 4 00 后稳定在0.460.60之间.这种摩擦因数变化趋势 35 与其磨损过程有关：摩擦开始后涂层的抛光表面和 2 46810121416 取点个数 配副的光滑表面接触，故前5min时摩擦因数很小. 图7化学硬化处理前后YPSZ涂层的显微硬度 随着磨损的进行，涂层和配副在载荷作用下形成 Fig.7 Micro hardness of YPSZ coatings before and after 二体接触，而且相互作用逐渐增加，二者材料均发 chemical hardening 生黏塑性变形而形成磨屑，另外根据摩擦学机械理 表2涂层硬化前后的磨损体积 Table 2 Wear volume of YPSZ coating samples before and after chemical hardening 磨损物质 磨损前质量/g 磨损后质量/g 磨损体积/10-6mm3 硬化前YPSZ/Al2O3 25.39172/0.35406 25.31516/0.34524 12550.8/2383.8 硬化后YPSZ/Al2O3 24.35804/0.35406 24.35409/0.35072 647.5/886.5 论，摩擦力是接触两表面凸峰机械啮合力的总和， 摩擦表面越粗糙，即表面凸峰越多（如图9（©）所示)， 1.0 CH+YPSZ 0.9 配副刚玉球 0.8 其摩擦力越大，所以在5~70min时摩擦因数比较 大.当磨屑量累积至一定程度即形成第三体床，二 0.5 体接触变为三体接触，在第三体的保护下黏着程度 0.4 0.3 降低，所以在70~73min内摩擦因数急剧减小：在 0.2 0.1 73min后磨屑不断生成和不断排出并达到平衡，摩 0.0 0 20 406080100120 擦因数趋于稳定，进入稳定磨损阶段.结合磨损体 时间/min 积对比，说明硬化后的涂层试样改善的耐磨性是由 图8基体、化学硬化前后YPSZ涂层的摩擦因数 于增大硬度而实现 Fig.8 Friction coefficients of Cu substrates,YPSZ coatings before and after chemical hardening· 918 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 35 卷 2.3 涂层的显微硬度及耐磨性能 2.3.1 涂层化学硬化前后的显微硬度 材料的硬度是其摩擦磨损性能的重要参数之 一. Sanz[2,15] 研究指出， 化学硬化处理可以降低 YPSZ 涂层自身的低孔隙率并增强其压缩残余应 力，因此改善的致密度及增大的内应力会在一定 程度上提高涂层的硬度，并改善其耐磨性能. 根据 涂层硬化前后表面所测的各自 15 组数据作图如图 7 所示. 由图可以看出，经化学硬化处理后的涂 层 (YPSZ+CH) 表面显微硬度明显高于未经化学硬 化处理的 YPSZ 涂层，其平均显微硬度值为 1071 HV0.3，较处理之前 YPSZ 涂层硬度的 751 HV0.3 提 高了 43%. 因此可知，经化学硬化处理后的 YPSZ 涂层具有更优异的耐磨性能. 图 7 化学硬化处理前后 YPSZ 涂层的显微硬度 Fig.7 Micro hardness of YPSZ coatings before and after chemical hardening 2.3.2 涂层化学硬化前后的磨损体积 室温干滑动磨损条件下，硬化前后 YPSZ 涂 层的磨损数据如表 2 所示. 根据表 2 中数据可 知：YPSZ 涂层磨损体积为 12550.8×10−6 mm3，配 副刚玉球也有较大的摩擦损失，约为涂层磨损体积 的 18.9%；当涂层经过化学硬化后，其磨损体积急 剧降低至 647.5×10−6 mm3，约为未经硬化处理涂层 磨损体积的 5%，而且涂层与配副的磨损体积比低 于 1，仅为 0.73，表明经过硬化处理后的 YPSZ 涂 层的耐磨性要高于刚玉配副. 2.3.3 化学硬化前后涂层的摩擦因数 基体、涂层和经过硬化处理涂层的摩擦因数曲 线如图 8 所示. 纯铜基体在经历了大约 12 min 的跑 合阶段后进入了稳定磨损阶段，摩擦因数在整个磨 损阶段波动较小，在 0.3∼0.4 之间. YPSZ 涂层在经 历了大约 8 min 的跑合阶段后进入稳定磨损阶段， 其摩擦因数在 0.5∼0.6 之间稳定变化. 经过化学硬 化处理的涂层的摩擦因数曲线在前 70 min 很不稳 定，在这一部分可再分三个阶段：前 5 min 时摩擦 因数比较低，在 0.2∼0.3 之间；5∼70 min 时摩擦因 数虽有波动，但是整体呈上升趋势，在 0.30∼0.81 之 间；70∼73 min 时摩擦因数急剧下降，在 73 min 以 后稳定在 0.46∼0.60 之间. 这种摩擦因数变化趋势 与其磨损过程有关：摩擦开始后涂层的抛光表面和 配副的光滑表面接触，故前 5 min 时摩擦因数很小. 随着磨损的进行，涂层和配副在载荷作用下形成 二体接触，而且相互作用逐渐增加，二者材料均发 生黏塑性变形而形成磨屑，另外根据摩擦学机械理 表 2 涂层硬化前后的磨损体积 Table 2 Wear volume of YPSZ coating samples before and after chemical hardening 磨损物质 磨损前质量/g 磨损后质量/g 磨损体积/10−6 mm3 硬化前 YPSZ/Al2O3 25.39172/0.35406 25.31516/0.34524 12550.8/2383.8 硬化后 YPSZ/Al2O3 24.35804/0.35406 24.35409/0.35072 647.5/886.5 论，摩擦力是接触两表面凸峰机械啮合力的总和， 摩擦表面越粗糙，即表面凸峰越多 (如图 9(c) 所示)， 其摩擦力越大，所以在 5∼70 min 时摩擦因数比较 大. 当磨屑量累积至一定程度即形成第三体床，二 体接触变为三体接触，在第三体的保护下黏着程度 降低，所以在 70∼73 min 内摩擦因数急剧减小；在 73 min 后磨屑不断生成和不断排出并达到平衡，摩 擦因数趋于稳定，进入稳定磨损阶段. 结合磨损体 积对比，说明硬化后的涂层试样改善的耐磨性是由 于增大硬度而实现. 图 8 基体、化学硬化前后 YPSZ 涂层的摩擦因数 Fig.8 Friction coefficients of Cu substrates, YPSZ coatings before and after chemical hardening