热处理对CoMoCrSi涂层组织和性能的影响

国洪建， 安宇龙， 陈建敏， 闫鹏勋， 吴志国

（1.兰州城市学院 培黎机械工程学院，兰州 730070；2.中国科学院兰州化学物理研究所 固体润滑国家重点实验室，兰州 730000；3.甘肃省科学院 纳米技术应用研究室，兰州 730000）

［摘要］前期的研究发现CoMoCrSi 涂层在高温下具有优异的摩擦学性能，但室温下的摩擦学性能有待进一步改善。为此，将CoMoCrSi 涂层在800 ℃下分别进行3h、5h和10h的退火热处理，研究了热处理工艺对CoMoCrSi 涂层微观组织结构、力学以及摩擦学性能的影响。利用硬度计、拉伸试验机测试了CoMoCrSi涂层热处理前后涂层的硬度和结合强度；利用CSM摩擦试验机考察涂层在1000 m长距离的摩擦学行为；利用XRD、SEM和Raman分析了涂层及磨痕的微观结构。研究结果表明：与喷涂态涂层相比，热处理后CoMoCrSi涂层的结晶性和组织得到显著改善，涂层的孔隙率降低到0.32%～0.20%；结合强度提高到63.8～68.5 MPa，涂层表面显微硬度由喷涂态的902.8 HV0.3提高到1237.6 HV0.3；涂层室温下的摩擦系数达到0.39～0.40，磨损率降低到（0.7～0.8）×106mm3/(N·m)，表明热处理后CoMoCrSi涂层的摩擦学性能增强。分析认为，经过热处理后在涂层表面形成了一层由Cr2O3和CoMoO4构成的纳米氧化层（600～1200 nm），其中Cr2O3起到了关键的抗压、抗磨损作用，而CoMoO4在摩擦过程中起到了润滑作用，因此热处理后涂层表面硬度显著提高，室温下的摩擦系数和磨损率显著降低，涂层的磨损机制由喷涂态涂层的脆性断裂加上粘着磨损转变为轻微的磨粒磨损。综合考量涂层组织及性能，最佳热处理时间定为3h。