刘建金等：超音速火焰喷涂WC-12C0涂层的滑动磨损特性 1621 12(a 一载荷2N b 载荷3N 10 2 10 6 -载荷4 -载荷5N ◆截荷6N 200300400500 100200300400500600700 转动速度(·min) 600 转速/r·min 图6涂层磨损率与转速和载荷关系·()磨损率转速关系：(b)磨速率、载荷和转速三维关系 Fig.6 Relationship between wear rate and rotational speed (a)as well as relationship among wear rate,normal load and rotating speed (b) 降低，主要是涂层表面形成摩擦膜及对磨球的偏移量 图7(b)为涂层磨损率-载荷关系图.其中以滑动 减小；区域9、11、12和13随转速的增大磨损率增大， 速度为300rmim(0.1884ms)为例，载荷为2~6 这是因为摩擦膜发生剥落，对磨球与涂层直接接触，磨 N条件拟合得到 损增加.当载荷和转速如6、7、8、10、14和16区域所示 w=0.763P.s1 (3) 时，影响涂层磨损的主要因素是载荷：在区域5和15 由式可知WC一12Co系涂层在低载、非润滑、室温和 时，涂层磨损率随载荷和转速的变化改变很小.3N时 球盘式摩擦磨损实验时磨损率一载荷关系式为幂函 涂层的磨损率随载荷的增加而迅速增大，可能因为载 数关系，指数为1.51，系数为0.763，当载荷、测试方 荷增大涂层开始发生剥落：转速为400r·min时涂层 式和涂层喷涂工艺不同时其方程形式相同，仅指数 的磨损率也发生明显改变，由原来随转速增大而减小 不同6-一图 的趋势变成随转速增加而增大的趋势.区域5和9中 2.3.4摩擦系数 磨损率最低，可知此涂层较适用于转速300~500r· 摩擦系数的影响因素较为复杂，主要有材料的性 min和载荷2~3N. 质、载荷、滑动速度、温度、表面特性等3.实验以转 2.3.3磨损率-载荷/滑动速度回归方程 速和载荷为变量对摩擦系数进行分析 图7(a)为磨损率-滑动速度的非线性关系图.以 图8(a)为涂层摩擦磨损时摩擦系数的变化规律. 3N载荷为例，滑动速度为0.13~0.38m·s的磨损率 磨损过程分为磨合阶段和稳态磨损阶段.磨合阶 经过非线性拟合得到磨损率一滑动速度非线性方程 段摩擦系数较小，波动较大，随着时间延长，摩擦系数 式为 增大，最终达到稳态磨损；稳态磨损时摩擦系数也在一 0=164.82-84m+14.4. (2) 定范围内上下波动，载荷越小稳态磨损时摩擦系数波 式中：v为滑动速度，ms1.由方程可知随摩擦速度的 动幅度越大，达到稳态磨损所需时间也越长.摩擦刚 增大涂层的磨损率先减小后增大.低载荷和低转速条 开始时，主要是对磨球与涂层表面的污染物、微凸体相 件下，当摩擦条件、对磨方式和对磨材料不同时得到的 接触，接触面积很小，所以刚开始的摩擦系数也较小： 磨损率一滑动速度的方程结构相同，为一元二次函数， 随着磨损的进行，硬质颗粒周围的黏结相被磨削掉硬 但是系数不相同，如文献6]所示 质颗粒逐渐“裸露”出来，表面粗糙度增加，阻碍对磨 7) 12b) 11 10 6 9 8 6 4 3 2 1 0.2 0.3 0.4 234567 滑动速度m·s少 载荷N 图7磨损率与滑动速度(a)和载荷(b)非线性拟合关系 Fig.7 Fitting equations of wear rate vs.sliding speed (a)and wear rate vs.normal load (b)刘建金等: 超音速火焰喷涂 WC--12Co 涂层的滑动磨损特性 图 6 涂层磨损率与转速和载荷关系 . ( a) 磨损率转速关系; ( b) 磨速率、载荷和转速三维关系 Fig． 6 Ｒelationship between wear rate and rotational speed ( a) as well as relationship among wear rate，normal load and rotating speed ( b) 降低，主要是涂层表面形成摩擦膜及对磨球的偏移量 减小; 区域 9、11、12 和 13 随转速的增大磨损率增大， 这是因为摩擦膜发生剥落，对磨球与涂层直接接触，磨 损增加． 当载荷和转速如 6、7、8、10、14 和 16 区域所示 时，影响涂层磨损的主要因素是载荷; 在区域 5 和 15 时，涂层磨损率随载荷和转速的变化改变很小． 3 N 时 涂层的磨损率随载荷的增加而迅速增大，可能因为载 荷增大涂层开始发生剥落; 转速为 400 r·min － 1时涂层 的磨损率也发生明显改变，由原来随转速增大而减小 的趋势变成随转速增加而增大的趋势． 区域 5 和 9 中 磨损率最低，可知此涂层较适用于转速 300 ～ 500 r· min － 1和载荷 2 ～ 3 N． 2. 3. 3 磨损率--载荷/滑动速度回归方程 图 7( a) 为磨损率--滑动速度的非线性关系图． 以 3 N 载荷为例，滑动速度为 0. 13 ～ 0. 38 m·s － 1的磨损率 经过非线性拟合得到磨损率--滑动速度非线性方程 式为 w = 164. 8v 2 － 84v + 14. 4． ( 2) 图 7 磨损率与滑动速度( a) 和载荷( b) 非线性拟合关系 Fig． 7 Fitting equations of wear rate vs． sliding speed ( a) and wear rate vs． normal load ( b) 式中: v 为滑动速度，m·s － 1 ． 由方程可知随摩擦速度的 增大涂层的磨损率先减小后增大． 低载荷和低转速条 件下，当摩擦条件、对磨方式和对磨材料不同时得到的 磨损率--滑动速度的方程结构相同，为一元二次函数， 但是系数不相同，如文献［16］所示． 图 7( b) 为涂层磨损率--载荷关系图． 其中以滑动 速度为 300 r·min － 1 ( 0. 1884 m·s － 1 ) 为例，载荷为 2 ～ 6 N 条件拟合得到 w = 0. 763P1. 51 ． ( 3) 由式可知 WC--12Co 系涂层在低载、非润滑、室温和 球盘式摩擦磨损实验时磨损率--载荷关系式为幂函 数关系，指数为 1. 51，系数为 0. 763，当载荷、测试方 式和涂层喷涂工艺不同时其方程形式相同，仅指数 不同［16--18］． 2. 3. 4 摩擦系数 摩擦系数的影响因素较为复杂，主要有材料的性 质、载荷、滑动速度、温度、表面特性等［13，18］． 实验以转 速和载荷为变量对摩擦系数进行分析． 图 8( a) 为涂层摩擦磨损时摩擦系数的变化规律． 磨损过程分为磨合阶段和稳态磨损阶段［19］． 磨合阶 段摩擦系数较小，波动较大，随着时间延长，摩擦系数 增大，最终达到稳态磨损; 稳态磨损时摩擦系数也在一 定范围内上下波动，载荷越小稳态磨损时摩擦系数波 动幅度越大，达到稳态磨损所需时间也越长． 摩擦刚 开始时，主要是对磨球与涂层表面的污染物、微凸体相 接触，接触面积很小，所以刚开始的摩擦系数也较小; 随着磨损的进行，硬质颗粒周围的黏结相被磨削掉硬 质颗粒逐渐“裸露”出来，表面粗糙度增加，阻碍对磨 · 1261 ·