第4期 陈华辉等：激光熔覆WCN60B复合涂层在水润滑滑动摩擦环境下的磨损特性 ·485· 层与Ni6OB涂层磨损形貌类似，但微犁沟要比 种涂层的磨损都是磨轮对涂层的磨粒磨损，但其磨 Ni6OB涂层表面细浅（图5(d)).微-纳米WCmn复 损机理有所不同：含有微米WC的WCm复合涂层 合涂层的磨损形貌介于WCm和WCn涂层之间， 表现为具有磨粒抛光性质的磨粒磨损，而含有纳米 WC颗粒周围的Ni基合金基体表面有轻微的微犁 WC颗粒的WCn复合涂层和Ni6OB涂层则表现为 沟，WC颗粒表面较平滑（图5(c)).由此可见，四 微犁沟形貌的磨粒磨损. 7 b“歌5用分2一 HI 15 图5激光熔覆涂层水润滑磨损扫描电镜形貌(6O0N,2000m).(a)Ni6OB涂层：(b)WCm涂层：(c)WCmm涂层：(d)WCm涂层 Fig.5 Worn surface SEM images of laser cladding coatings(600 N,2000 m):(a)Ni60B coating:(b)WCm coating:(c)WCmn coating:(d) WCn coating 通常，材料的硬度越高，其耐磨性应越好.WCn 磨损. 复合涂层的硬度稍高于WCm复合涂层，按理其耐 因此，本磨损试验中，除水会促进磨屑的去除 磨性也应稍高于WCm涂层.然而，从图3和图4中 外，水润滑对磨损机理的影响是不容忽视的.首先 可知，两者耐磨性相差不大.在激光熔覆过程中，由 四种激光熔覆涂层在与W℃硬质合金磨轮进行水润 于纳米WC颗粒溶入Ni基合金基体中较多产生固 滑磨损时，水起到了降低摩擦副接触压力的作用，这 溶强化，因此使涂层的硬度提高，而微米WC颗粒相 相当于降低了磨损载荷，因此水润滑磨损磨损量比 对溶入基体中较少.在磨损过程中，涂层中的WC 干磨损要低.在600N高载荷下，干滑动磨损磨损量 颗粒对磨轮的磨损有明显的阻碍作用，但在磨轮的 比水润滑磨损量高2倍(N60B涂层)至10倍以上 作用下，WC颗粒也会发生脱落.观察磨损后的形 (WC复合涂层)阿.其次，水润滑起到了冷却作 貌发现，在水润滑滑动磨损过程中，脱落的WC颗粒 用，减少摩擦热引起的温度升高，降低涂层摩擦表面 堆积在磨损表面月牙形的凹陷处，这些堆积WC颗 的温升和热软化，因此降低涂层的磨损.第三，磨损 粒呈波浪状排列，可以推测这些月牙形凹陷是由于 中脱落的WC颗粒相当于抛光剂，起到类似于抛光 在摩擦副之间存在的水润滑水膜引起的，其形貌如 的作用，这在WCm涂层的磨损形貌中表现的极为 图6所示.脱落的WC颗粒越小越易被水带走，残 明显.这是因为尺寸较大的WC颗粒不仅起到抛光 存的大WC颗粒可以对涂层表面产生三体磨粒磨 剂的作用，而且可能起着支撑作用，阻碍着磨轮表面 损，类似抛光剂：也可能对摩擦副产生支撑作用，降 与涂层表面的接触，对于纳米和微一纳米涂层，脱落 低摩擦副表面的接触应力，减轻磨轮对涂层的两体 的细小WC颗粒容易被水介质带走，这种支撑作用第 4 期 陈华辉等: 激光熔覆 WC/Ni60B 复合涂层在水润滑滑动摩擦环境下的磨损特性 层与 Ni60B 涂 层 磨 损 形 貌 类 似，但 微 犁 沟 要 比 Ni60B 涂层表面细浅( 图 5( d) ) ． 微--纳米 WCmn 复 合涂层的磨损形貌介于 WCm 和 WCn 涂层之间， WC 颗粒周围的 Ni 基合金基体表面有轻微的微犁 沟，WC 颗粒表面较平滑( 图 5 ( c) ) ． 由此可见，四 种涂层的磨损都是磨轮对涂层的磨粒磨损，但其磨 损机理有所不同: 含有微米 WC 的 WCm 复合涂层 表现为具有磨粒抛光性质的磨粒磨损，而含有纳米 WC 颗粒的 WCn 复合涂层和 Ni60B 涂层则表现为 微犁沟形貌的磨粒磨损． 图 5 激光熔覆涂层水润滑磨损扫描电镜形貌( 600 N，2000 m) ． ( a) Ni60B 涂层; ( b) WCm 涂层; ( c) WCmn 涂层; ( d) WCn 涂层 Fig． 5 Worn surface SEM images of laser cladding coatings( 600 N，2000 m) : ( a) Ni60B coating; ( b) WCm coating; ( c) WCmn coating; ( d) WCn coating 通常，材料的硬度越高，其耐磨性应越好． WCn 复合涂层的硬度稍高于 WCm 复合涂层，按理其耐 磨性也应稍高于 WCm 涂层． 然而，从图 3 和图 4 中 可知，两者耐磨性相差不大． 在激光熔覆过程中，由 于纳米 WC 颗粒溶入 Ni 基合金基体中较多产生固 溶强化，因此使涂层的硬度提高，而微米 WC 颗粒相 对溶入基体中较少． 在磨损过程中，涂层中的 WC 颗粒对磨轮的磨损有明显的阻碍作用，但在磨轮的 作用下，WC 颗粒也会发生脱落． 观察磨损后的形 貌发现，在水润滑滑动磨损过程中，脱落的 WC 颗粒 堆积在磨损表面月牙形的凹陷处，这些堆积 WC 颗 粒呈波浪状排列，可以推测这些月牙形凹陷是由于 在摩擦副之间存在的水润滑水膜引起的，其形貌如 图 6 所示． 脱落的 WC 颗粒越小越易被水带走，残 存的大 WC 颗粒可以对涂层表面产生三体磨粒磨 损，类似抛光剂; 也可能对摩擦副产生支撑作用，降 低摩擦副表面的接触应力，减轻磨轮对涂层的两体 磨损． 因此，本磨损试验中，除水会促进磨屑的去除 外，水润滑对磨损机理的影响是不容忽视的． 首先 四种激光熔覆涂层在与 WC 硬质合金磨轮进行水润 滑磨损时，水起到了降低摩擦副接触压力的作用，这 相当于降低了磨损载荷，因此水润滑磨损磨损量比 干磨损要低． 在600 N 高载荷下，干滑动磨损磨损量 比水润滑磨损量高 2 倍( Ni60B 涂层) 至 10 倍以上 ( WC 复合涂层) ［19］． 其次，水润滑起到了冷却作 用，减少摩擦热引起的温度升高，降低涂层摩擦表面 的温升和热软化，因此降低涂层的磨损． 第三，磨损 中脱落的 WC 颗粒相当于抛光剂，起到类似于抛光 的作用，这在 WCm 涂层的磨损形貌中表现的极为 明显． 这是因为尺寸较大的 WC 颗粒不仅起到抛光 剂的作用，而且可能起着支撑作用，阻碍着磨轮表面 与涂层表面的接触，对于纳米和微--纳米涂层，脱落 的细小 WC 颗粒容易被水介质带走，这种支撑作用 ·485·