·1354· 工程科学学报，第37卷，第10期 层与钢球对磨7.5min后摩擦系数由初始值0.13增加 的显微硬度为HV850四，说明由于具有较高的硬度， 到0.6，在接下来的测试过程中摩擦系数基本保持不 纳米化一微弧氧化复合涂层的抗磨性能要明显优于微 变到测试结束：载荷为3N的条件下，复合涂层与钢球 弧氧化涂层.同时通过对比图3和图4可以发现，在 对磨时的摩擦系数达到稳定值的时间约为5min,进入 相同的摩擦测试参数下，复合涂层与钢球对磨的过程 稳定阶段后，摩擦系数保持在0.65左右：当载荷增加 中进入稳定摩擦阶段（即摩擦系数值保持稳定）的时 到4.5N时，摩擦测试仅进行不到5min复合涂层即被 间要明显小于微弧氧化涂层，原因是复合涂层具有较 GC15钢球磨穿，导致摩擦系数剧烈波动.可见与对 大的表面粗糙度和显微硬度 磨速度为0.1m·s时情况相似，载荷为L.5N和3N 2.2磨损形貌 的条件下复合涂层在整个测试过程中保持完好，仅当 2.2.1微弧氧化涂层 法向载荷增加到4.5N时复合涂层被对磨钢球磨穿. 图5为对磨速度0.1ms、载荷1.5N的条件下 对比2.1.1节的讨论结果，对磨速度增大到0.15m· 微弧氧化涂层与GCrl5钢球对磨20min后的表面磨痕 s时微弧氧化涂层仅在1.5N的载荷下保持完好，而 形貌及能谱.由图5(a)可知，在该测试条件下涂层与 当载荷增大到3N和4.5N时涂层在摩擦测试过程中 基体结合良好，没有涂层磨穿现象产生，仅凸起部分在 都被对磨钢球磨穿，导致铝合金基体与钢球直接接触 摩擦过程中被磨平，同时在涂层表面凹陷区域仍可以 摩擦 观察到放电微孔的存在，表明涂层具有良好的耐磨性 可见，在大部分的测试条件下（如载荷为3N和 能.图5(b)为摩擦后在涂层表面形成的平整岛状磨 4.5N),微弧氧化涂层与钢球对磨过程中，摩擦系数还 痕形貌.对该区域进行能谱分析，如图5（℃）所示.结 没有达到稳定时涂层即被磨穿，而相同测试条件下的 果发现该平整磨痕含有大量的Fe元素，其质量分数 复合涂层则保持完好.通过对比载荷为1.5N条件下 (42.24%)远高于LY12CZ铝合金自身的铁(0.25%)， 两种涂层与钢球对磨时摩擦系数的差异可以发现，达 表明摩擦过程中发生由钢球向涂层表面的材料转移 到稳定对磨状态后，与微弧氧化涂层相比，纳米化一微 过程. 弧氧化复合涂层与钢球对磨的摩擦系数增加了 2.2.2纳米化一微弧氧化复合涂层 5.6%.根据笔者之前的研究结果可知，纳米化一微弧 图6为在对磨速度0.1ms、载荷1.5N的条件 氧化复合涂层显微硬度达到HV970,而微弧氧化涂层 下纳米化-微弧氧化复合涂层与GCl5钢球对磨 50m 204m 2.7m c 元素 质量分数/% 0 16.34 AL 1751 2.2 01.87 41.24 FeKa Fe 1.60Ke 1.1 AuMa 0.5 FeKb 12345678910112134 能量keV 图5铝合金表面微弧氧化涂层与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.5 SEM images and EDS spectrum of wear tracks on MAO 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)工程科学学报，第 37 卷，第 10 期 层与钢球对磨 7. 5 min 后摩擦系数由初始值 0. 13 增加 到 0. 6，在接下来的测试过程中摩擦系数基本保持不 变到测试结束; 载荷为 3 N 的条件下，复合涂层与钢球 对磨时的摩擦系数达到稳定值的时间约为 5 min，进入 稳定阶段后，摩擦系数保持在 0. 65 左右; 当载荷增加 到 4. 5 N 时，摩擦测试仅进行不到 5 min 复合涂层即被 GCr15 钢球磨穿，导致摩擦系数剧烈波动． 可见与对 磨速度为 0. 1 m·s － 1 时情况相似，载荷为 1. 5 N 和 3 N 的条件下复合涂层在整个测试过程中保持完好，仅当 法向载荷增加到 4. 5 N 时复合涂层被对磨钢球磨穿． 对比 2. 1. 1 节的讨论结果，对磨速度增大到 0. 15 m· s － 1 时微弧氧化涂层仅在 1. 5 N 的载荷下保持完好，而 当载荷增大到 3 N 和 4. 5 N 时涂层在摩擦测试过程中 都被对磨钢球磨穿，导致铝合金基体与钢球直接接触 摩擦． 图 5 铝合金表面微弧氧化涂层与 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． 5 SEM images and EDS spectrum of wear tracks on MAO coatings against GCr15 steel balls for 20 min ( 0. 1 m·s － 1，1. 5 N) : ( a，b) wear tracks; ( c) EDS spectrum of a selected area in Fig． ( b) 可见，在大部分的测试条件下( 如载荷为 3 N 和 4. 5 N) ，微弧氧化涂层与钢球对磨过程中，摩擦系数还 没有达到稳定时涂层即被磨穿，而相同测试条件下的 复合涂层则保持完好． 通过对比载荷为 1. 5 N 条件下 两种涂层与钢球对磨时摩擦系数的差异可以发现，达 到稳定对磨状态后，与微弧氧化涂层相比，纳米化--微 弧氧 化 复 合 涂 层 与 钢 球 对 磨 的 摩 擦系数增加了 5. 6% ． 根据笔者之前的研究结果可知，纳米化--微弧 氧化复合涂层显微硬度达到 HV 970，而微弧氧化涂层 的显微硬度为 HV 850 ［21］，说明由于具有较高的硬度， 纳米化--微弧氧化复合涂层的抗磨性能要明显优于微 弧氧化涂层． 同时通过对比图 3 和图 4 可以发现，在 相同的摩擦测试参数下，复合涂层与钢球对磨的过程 中进入稳定摩擦阶段( 即摩擦系数值保持稳定) 的时 间要明显小于微弧氧化涂层，原因是复合涂层具有较 大的表面粗糙度和显微硬度． 2. 2 磨损形貌 2. 2. 1 微弧氧化涂层 图 5 为对磨速度 0. 1 m·s － 1 、载荷 1. 5 N 的条件下 微弧氧化涂层与 GCr15 钢球对磨 20 min 后的表面磨痕 形貌及能谱． 由图 5( a) 可知，在该测试条件下涂层与 基体结合良好，没有涂层磨穿现象产生，仅凸起部分在 摩擦过程中被磨平，同时在涂层表面凹陷区域仍可以 观察到放电微孔的存在，表明涂层具有良好的耐磨性 能． 图 5( b) 为摩擦后在涂层表面形成的平整岛状磨 痕形貌． 对该区域进行能谱分析，如图 5( c) 所示． 结 果发现该平整磨痕含有大量的 Fe 元素，其质量分数 ( 42. 24% ) 远高于 LY12CZ 铝合金自身的铁( 0. 25% ) ， 表明摩擦过程中发生由钢球向涂层表面的材料转移 过程． 2. 2. 2 纳米化--微弧氧化复合涂层 图 6 为在对磨速度 0. 1 m·s － 1 、载荷 1. 5 N 的条件 下纳 米 化--微 弧 氧 化 复 合 涂 层 与 GCr15 钢 球 对 磨 ·1354·