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为了解决连铸结晶器生产过程中出现的表面磨损,热裂纹及寿命低等问题,设计了粘结层加工作层的复合涂层结构,分别选用Al-Ni材料作为粘结层,Ni-C和Ni-BN两种材料作为工作层,使用超音速等离子喷涂技术在结晶器铜板材料Cr-Zr-Cu基体表面制备了Ni-C及Ni-BN两种自润滑涂层。对涂层的结合强度及显微硬度进行评价,研究不同温度下自润滑涂层的抗热震稳定性能,研究不同载荷及不同温度下涂层的摩擦磨损性能,揭示自润滑涂层在不同试验条件下的磨损机理及润滑机理,阐明自润滑涂层摩擦过程中润滑膜的产生机理。超音速等离子喷涂技术制备的Ni-C及Ni-BN两种自润滑涂层能够很好地与结晶器铜板材料Cr-Zr-Cu合金结合,两种自润滑涂层显微硬度较低,且在结晶器服役温度范围内有良好的抗热震稳定性能;在不同载荷下,Ni-C涂层的磨损机制均是以磨粒磨损为主,且以石墨的润滑作用为主,Ni-C涂层表现出较低的摩擦系数和磨损质量,载荷较高时摩擦系数增加明显,或许可以通过减小Ni-C粉末的粒度范围解决此问题,常温下Ni-C涂层的石墨相周围容易生成氧化镍;在相同试验条件下,Ni-BN涂层的摩擦系数在常温下比Cr-Zr-Cu基体高,但其磨损质量比Cr-Zr-Cu基体低,常温下Ni-BN涂层的摩擦磨损性能较差。在高温试验条件下,虽然Ni-C涂层的摩擦系数增大,但仍小于常温下Cr-Zr-Cu基体的摩擦系数,其磨损机制从磨粒磨损转变为氧化磨损,以氧化镍的润滑作用为主;Ni-BN涂层的摩擦系数在高温下降低明显,其磨槽中心和磨槽边缘的磨损机制不同,磨槽中心以氧化磨损为主且氧化镍起主要润滑作用,磨槽边缘以磨粒磨损为主且BN润滑相起主要润滑作用;自润滑涂层在摩擦过程中润滑膜的产生及润滑机理包括四个阶段:第一阶段为润滑相暴露阶段;第二阶段摩擦表面形成不连续的润滑膜;第三阶段摩擦表面产生连续的润滑膜,润滑相起主要的润滑作用;第四阶段由于摩擦表面严重氧化,氧化镍覆盖了润滑相,阻碍润滑膜的生成及铺展,以氧化物的润滑作用为主。使用超音速等离子喷涂技术制备Ni-C及Ni-BN两种自润滑涂层能够显著改善结晶器铜板材料Cr-Zr-Cu合金的耐磨性能,同时具有良好的抗热震稳定性能。本研究可以为结晶器铜板的表面处理提供新的思路和实践参考。