【摘 要】
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TiN具有高硬度、高耐磨性、低摩擦系数、良好的耐腐蚀性和化学稳定性的特点,前期用反应等离子喷涂方式制备了纳米TiN涂层,但是发现涂层内存在垂直于金属基体方向的微裂纹,影
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TiN具有高硬度、高耐磨性、低摩擦系数、良好的耐腐蚀性和化学稳定性的特点,前期用反应等离子喷涂方式制备了纳米TiN涂层,但是发现涂层内存在垂直于金属基体方向的微裂纹,影响了TiN本身性能的发挥。为了改善TiN涂层的组织结构,提高涂层的耐磨和耐腐蚀性能,本文利用喷雾造粒的方法制备了Ni包覆PEEK复合粉,用反应等离子喷涂技术制备了TiN-Ni/PEEK复合涂层,研究了球磨工艺对复合粉的影响、TiN-Ni/PEEK复合涂层的组织结构及Ni/PEEK含量对涂层耐磨性和耐腐蚀性的影响,分析了复合涂层磨损和腐蚀失效的机理。结果表明:(1)球磨工艺可优化Ni包覆PEEK复合粉的结构。球磨工艺具有细化Ni粉和改善表面形貌的作用,球磨后的Ni粉制备的Ni/PEEK粉末包覆效果好。功率为24kW时,涂层中孔隙率明显降低,微观缺陷减少,结构更加致密。喷涂最佳功率是24 kW。TiN-Ni/PEEK复合涂层呈典型的层状结构,PEEK弥散分布在涂层中。复合涂层中物相主要有TiN、Ni、Ti3O和PEEK。(2)在Ni/PEEK含量相同的情况下,球磨Ni/PEEK复合粉制备的复合涂层显微硬度更高。随着Ni/PEEK含量的增加,涂层的硬度降低。磨损时,随着载荷的增加,复合涂层的摩擦系数呈先降低后增加的趋势。当Ni/PEEK含量为40 wt.%时,摩擦系数和磨损量达到最低,耐磨性能最好。TiN-Ni/PEEK的磨损机理为:在低载荷条件下,涂层的磨损机理主要是疲劳脆性断裂;高载荷条件下,涂层的磨损机理主要是磨粒磨损和疲劳磨损。(3)在温度为200℃时进行磨损测试,复合涂层的摩擦系数更低,TiN-Ni/PEEK复合涂层的摩擦系数低至0.184,在200℃条件下复合涂层能更好的发挥自润滑性。(4)盐雾环境中,随Ni/PEEK含量的增加,复合涂层的耐腐蚀性增强。Ni/PEEK含量为30 wt.%的复合涂层耐腐蚀时间比TiN涂层延长了约5倍,Ni/PEEK含量为40 wt.%的复合涂层的耐腐蚀时间比TiN涂层延长了约15倍。(5)电化学测试表明,随Ni/PEEK含量的增加,复合涂层的腐蚀电位增加,腐蚀电流降低,复合涂层对基体的防护时间延长,耐腐蚀性增强。TiN-Q50%复合涂层腐蚀行为随时间的延长,等效电路由R(Q(R(QR)))变为R(Q(R(Q(RW))))。
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