熱處理對CoMoCrSi涂層組織和性能的影響

國洪建， 安宇龍， 陳建敏， 閆鵬勛， 吳志國

（1.蘭州城市學院 培黎機械工程學院，蘭州 730070；2.中國科學院蘭州化學物理研究所 固體潤滑國家重點實驗室，蘭州 730000；3.甘肅省科學院 納米技術應用研究室，蘭州 730000）

［摘要］前期的研究發現CoMoCrSi 涂層在高溫下具有優異的摩擦學性能，但室溫下的摩擦學性能有待進一步改善。為此，將CoMoCrSi 涂層在800 ℃下分別進行3h、5h和10h的退火熱處理，研究了熱處理工藝對CoMoCrSi 涂層微觀組織結構、力學以及摩擦學性能的影響。利用硬度計、拉伸試驗機測試了CoMoCrSi涂層熱處理前后涂層的硬度和結合強度；利用CSM摩擦試驗機考察涂層在1000 m長距離的摩擦學行為；利用XRD、SEM和Raman分析了涂層及磨痕的微觀結構。研究結果表明：與噴涂態涂層相比，熱處理后CoMoCrSi涂層的結晶性和組織得到顯著改善，涂層的孔隙率降低到0.32%～0.20%；結合強度提高到63.8～68.5 MPa，涂層表面顯微硬度由噴涂態的902.8 HV0.3提高到1237.6 HV0.3；涂層室溫下的摩擦系數達到0.39～0.40，磨損率降低到（0.7～0.8）×106mm3/(N·m)，表明熱處理后CoMoCrSi涂層的摩擦學性能增強。分析認為，經過熱處理后在涂層表面形成了一層由Cr2O3和CoMoO4構成的納米氧化層（600～1200 nm），其中Cr2O3起到了關鍵的抗壓、抗磨損作用，而CoMoO4在摩擦過程中起到了潤滑作用，因此熱處理后涂層表面硬度顯著提高，室溫下的摩擦系數和磨損率顯著降低，涂層的磨損機制由噴涂態涂層的脆性斷裂加上粘著磨損轉變為輕微的磨粒磨損。綜合考量涂層組織及性能，最佳熱處理時間定為3h。