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现代工业生产中,许多部件应用于高速条件下,如工业应用极广泛的轴、辊、制动盘等。较高的摩擦速度会导致零部件严重磨损,降低生产效率,而对其进行表面处理有望解决这一难题。本文以微米级Al2O3-13%TiO2、造粒后的纳米Al2O3-13%TiO2及La2O3利用等离子喷涂技术,通过控制喷涂工艺参数(电流、电压、H2和Ar流量等),在20钢基体上制备了具有Ni/Al底层的常规Al2O3-13%TiO2涂层(AT)、纳米Al2O3-13%TiO2涂层(NAT)、纳米Al2O3-13%TiO2-1%La2O3涂层(NAT-1)、纳米Al2O3-13%TiO2-3%La2O3涂层(NAT-3)、纳米Al2O3-13%TiO2-5%La2O3涂层(NAT-5)。采用XRD、SEM、EDS等手段表征了涂层的组织结构及物相组成,利用不同的摩擦试验机测试了涂层的摩擦磨损性能。对涂层组织结构的SEM观察显示,等离子喷涂涂层呈典型的层状结构,涂层中存在着熔融区、部分熔融区、未熔区及微裂纹、孔隙等,层间以机械结合为主。在本文试验条件下,NAT-1涂层组织最为均匀,致密性最好,涂层孔隙率低至9.19%。对涂层的力学性能测试结果显示,NAT-1涂层显微硬度可达841.3HV0.1,并且,随着涂层孔隙率的降低和增大,涂层显微硬度呈增大和降低的趋势。纳米涂层的断裂韧性优于AT涂层,NAT-3涂层裂纹扩展力最高的为7.89J/m2。NAT-1涂层抗拉结合强度最高的为15.97MPa。在等离子喷涂过程中发生由α-Al2O3相向亚稳态γ-Al2O3相的转变,常规涂层中反应生成了Al2TiO5。纳米涂层由于La2O3的催化作用生成了Al3Ti合金,纳米涂层中存在着少量冶金结合。NAT-1、NAT-3涂层中存在LaTiO3.4化合物,可对纳米涂层起到固溶强化及晶粒细化的作用,过量的La2O3则干扰纳米涂层的组织性能。摩擦磨损试验结果表明,在低速和高速摩擦磨损条件下,纳米涂层的摩擦磨损性能均优于20钢基体及AT涂层。随着滑动速度的增大,涂层摩擦系数均明显降低,La2O3的加入优化了涂层性能,进而降低摩擦系数。在低速摩擦磨损条件下,随着转速的增大,涂层的磨损率增大,La2O3的加入量超过3%时,涂层摩擦磨损性能急剧下降,低于3%添加量则磨损性能良好。在高速摩擦磨损条件下,涂层磨损率下降,添加1%La2O3的NAT-1涂层的磨损率最低,波动较小。GCr15材料转移至涂层表面,与涂层磨屑共同形成的转移膜有保护涂层的作用。低速及高速摩擦条件下,摩擦副的磨损机制以GCr15材料的粘着磨损和涂层的裂纹扩展导致的疲劳剥落磨损为主。高速摩擦时,涂层表面转移层存在轻微的磨粒磨损。La2O3的添加量影响涂层孔隙率、硬度及断裂韧性,是影响纳米陶瓷涂层摩擦磨损性能的重要因素。