文磊等：铝合金表面纳米化一微弧氧化复合涂层摩擦行为 ·1355· 20min后的表面磨痕形貌及能谱.如图6(a)所示，复 表面黏着层中Fe的质量分数为42.24%.有研究表 合涂层与钢球的磨痕区域大部分被平整而致密的黏着 明：相对光滑的对磨表面所产生的磨屑易于从对磨面 层所覆盖，而未覆盖黏着层的区域可以观察到放电微 内排出；当对磨面粗糙度增大时，产生的磨屑不易于从 孔，说明黏着层下面的涂层保存完好，且没有观察到涂 两对磨面之间排出四.由于纳米化一微弧氧化复合涂 层裂纹或者破碎的现象，说明在该摩擦测试参数下纳 层的表面粗糙度达到3.65um,远远高于微弧氧化涂 米化一微弧氧化复合涂层具有良好的抗磨性能。对 层的1.21μm,因而在摩擦测试过程中，与微弧氧化涂 图6(b)中的复合涂层表面黏着层进行能谱分析，结果 层相比，复合涂层与钢球之间会困住更多的含铁磨屑， 见图6(c).可见黏着层内的Fe元素的质量分数高达 在对磨面的反复碾压下于涂层表面形成了高Fe含量 66.63%,根据2.2.1节的讨论结果可知微弧氧化涂层 的平整黏着层 50 pm 3.0 (c 元素质量分数/% FeKa 2.4 04.52 0 14s1 1.26 1.8 02.06 01.03 AlKa Fe 66.63 1.2 0.6 CrKa 2 3 4 6 789 1011121314 能量keV 图6铝合金表面纳米化-微弧氧化复合涂层与GCl5钢球对磨20min后的磨痕形貌及能谱(0.1ms1,1.5N).(a,b)磨痕形貌：(c)图 (b)选区能谱 Fig.6 SEM images and EDS spectrum of wear tracks in SNC-MAO composite coatings against GCr15 steel balls for 20 min (0.1 ms,1.5 N): (a,b)wear tracks;(c)EDS spectrum of a selected area in Fig.(b) 2.3磨损机理 摩擦，导致摩擦系数增大.在接下来的摩擦过程中，在 微弧氧化涂层硬度和表面粗糙度显著增大，而与 接触应力和摩擦过程中产生的高温协同作用下，黏着 微弧氧化涂层相比，纳米化一微弧氧化复合涂层具有 于涂层表面的Fe磨屑被氧化形成Fe的氧化物，Fe的 更高的硬度和较大的表面粗糙度.这两种涂层与 氧化物牢固地黏附在涂层表面，对涂层起到保护作用. GC15钢球对磨的过程中自身产生磨损的同时，使对 对纳米化一微弧氧化复合涂层摩擦测试后的表面黏着 磨钢球产生严重磨损.在小载荷的情况下，微孤氧化 层进行X射线光电子能谱分析，结果见图8.由 涂层以及纳米化-微弧氧化复合涂层与GCl5钢球对 图8(a)所示的X射线光电子能谱全谱扫描结果可以 磨时具有相同的磨损机制.磨损机制模型如图7所 发现Fe2p峰和Fe的俄歇峰，表明在摩擦过程中发生 示.与GCl5钢球对磨时，陶瓷涂层由于具有较高的 由钢球向涂层表面的材料转移，与能谱分析的结果保 硬度和表面粗糙度，使钢球产生大量磨损，摩擦过程中 持一致.对Fe进行价态分析，如图8(b)所示，Fe2p2 产生的钢球磨屑转移到陶瓷外层表面，在摩擦副反复 结合能为710.9eV,表明涂层表面黏着层中Fe的氧化 的碾压作用下磨屑黏附于陶瓷外层表面，这样使原来 物主要存在形式为Fe,O,·X射线光电子能谱分析结 的微弧氧化涂层一钢之间的摩擦转变成钢一钢之间的 果表明转移到涂层表面的Fe在摩擦过程中被氧化，发文 磊等: 铝合金表面纳米化--微弧氧化复合涂层摩擦行为 20 min后的表面磨痕形貌及能谱． 如图 6( a) 所示，复 合涂层与钢球的磨痕区域大部分被平整而致密的黏着 层所覆盖，而未覆盖黏着层的区域可以观察到放电微 孔，说明黏着层下面的涂层保存完好，且没有观察到涂 层裂纹或者破碎的现象，说明在该摩擦测试参数下纳 米化--微弧氧化复合涂层具有良好 的 抗 磨 性 能． 对 图 6( b) 中的复合涂层表面黏着层进行能谱分析，结果 见图 6( c) ． 可见黏着层内的 Fe 元素的质量分数高达 66. 63% ，根据 2. 2. 1 节的讨论结果可知微弧氧化涂层 表面黏着层中 Fe 的质量分数为 42. 24% ． 有研究表 明: 相对光滑的对磨表面所产生的磨屑易于从对磨面 内排出; 当对磨面粗糙度增大时，产生的磨屑不易于从 两对磨面之间排出［22］． 由于纳米化--微弧氧化复合涂 层的表面粗糙度达到 3. 65 μm，远远高于微弧氧化涂 层的 1. 21 μm，因而在摩擦测试过程中，与微弧氧化涂 层相比，复合涂层与钢球之间会困住更多的含铁磨屑， 在对磨面的反复碾压下于涂层表面形成了高 Fe 含量 的平整黏着层． 图 6 铝合金表面纳米化--微弧氧化复合涂层与 GCr15 钢球对磨 20 min 后的磨痕形貌及能谱( 0. 1 m·s － 1，1. 5 N) ． ( a，b) 磨痕形貌; ( c) 图 ( b) 选区能谱 Fig． 6 SEM images and EDS spectrum of wear tracks in SNC--MAO composite coatings against GCr15 steel balls for 20 min ( 0. 1 ms － 1，1. 5 N) : ( a，b) wear tracks; ( c) EDS spectrum of a selected area in Fig． ( b) 2. 3 磨损机理 微弧氧化涂层硬度和表面粗糙度显著增大，而与 微弧氧化涂层相比，纳米化--微弧氧化复合涂层具有 更高的 硬 度 和 较 大 的 表 面 粗 糙 度． 这 两 种 涂 层 与 GCr15 钢球对磨的过程中自身产生磨损的同时，使对 磨钢球产生严重磨损． 在小载荷的情况下，微弧氧化 涂层以及纳米化--微弧氧化复合涂层与 GCr15 钢球对 磨时具有相同的磨损机制． 磨损机制模型如图 7 所 示． 与 GCr15 钢球对磨时，陶瓷涂层由于具有较高的 硬度和表面粗糙度，使钢球产生大量磨损，摩擦过程中 产生的钢球磨屑转移到陶瓷外层表面，在摩擦副反复 的碾压作用下磨屑黏附于陶瓷外层表面，这样使原来 的微弧氧化涂层--钢之间的摩擦转变成钢--钢之间的 摩擦，导致摩擦系数增大． 在接下来的摩擦过程中，在 接触应力和摩擦过程中产生的高温协同作用下，黏着 于涂层表面的 Fe 磨屑被氧化形成 Fe 的氧化物，Fe 的 氧化物牢固地黏附在涂层表面，对涂层起到保护作用． 对纳米化--微弧氧化复合涂层摩擦测试后的表面黏着 层 进 行 X 射 线 光 电 子 能 谱 分 析，结 果 见 图 8． 由 图 8( a) 所示的 X 射线光电子能谱全谱扫描结果可以 发现 Fe2p 峰和 Fe 的俄歇峰，表明在摩擦过程中发生 由钢球向涂层表面的材料转移，与能谱分析的结果保 持一致． 对 Fe 进行价态分析，如图 8( b) 所示，Fe2p3 /2 结合能为 710. 9 eV，表明涂层表面黏着层中 Fe 的氧化 物主要存在形式为 Fe2O3 ． X 射线光电子能谱分析结 果表明转移到涂层表面的 Fe 在摩擦过程中被氧化，发 ·1355·