摩擦在社会生产生活中无处不在,机械零件的摩擦磨损往往会导致材料的损耗,减少机械设备的寿命。采用热喷涂技术在金属基体表面上涂覆上耐磨涂层是常用的表面工程技术之一,既不改变材料的整体材质,又提高了材料的耐磨性。陶瓷材料由于其高硬度和稳定性等特点常被用作耐磨涂层材料,其中价格低廉、性能优良的氧化铝应用最为广泛。作为热喷涂技术之一的等离子喷涂技术具有焰流温度高、速度快的特点,非常适合喷涂高熔点的陶瓷材料。纳米结构涂层由于其独特的组织结构特点在物理性能等方面与微米涂层表现出许多不同的特性,同时,添加金属元素也能提升涂层塑韧性和结合强度,改善涂层性能。本文利用喷雾干燥技术制备出了纳米Al₂O₃喂料,采用大气等离子喷涂设备制备了Al₂O₃、nano Al₂O₃、Ni-Al₂O₃、Ni-nano Al₂O₃、Cu-Al₂O₃和Cu-nano Al₂O₃涂层。利用XRD衍射仪和扫描电镜表征了涂层物相组成和截面形貌。测试了各个涂层的显微硬度和结合强度,在摩擦磨损试验机上进行了摩擦磨损试验,对比分析六种涂层的部分力学性能和摩擦学性能,得到结果如下:1.制备的纳米Al₂O₃喂料呈球形,粒径范围在几十微米之内,基本适合等离子喷涂的要求。2.纳米涂层和微米涂层的物相组成基本相同,Ni和Cu均匀分布在涂层中,部分Ni和Cu氧化成Ni O和Cu₂O。六种涂层都呈层片状结构,层与层之间为机械结合,涂层中存在孔隙等微缺陷。纳米涂层存在部分熔化区,纳米粒子得以保留。由于喂料散开,流动性差的原因,制备的Cu-nano Al₂O₃涂层只有少部分沉积到基体上。3.nano Al₂O₃涂层显微硬度比Al₂O₃涂层高,Ni-nano Al₂O₃涂层硬度与Ni-Al₂O₃涂层相差不多,纳米涂层硬度较微米涂层稍高。由于金属元素本身硬度较低,添加金属后涂层显微硬度有所降低。nano Al₂O₃涂层结合强度比Al₂O₃涂层提高了30%,Ni-nano Al₂O₃涂层比Ni-Al₂O₃涂层提高了13%,Ni-Al₂O₃涂层比Al₂O₃涂层提高了30%,Ni-nano Al₂O₃涂层比nano Al₂O₃涂层提高了14%,采用纳米材料或者添加金属都能提高涂层的结合强度。4.除了Cu-nano Al₂O₃涂层摩擦系数持续增大外,其余五种涂层都经历了磨合阶段和稳定摩擦磨损阶段,Ni-nano Al₂O₃涂层摩擦系数最小,只有0.38左右,Al₂O₃涂层摩擦系数最高,为0.48。六种涂层磨损率都比较小,Ni-nano Al₂O₃涂层最小,体积磨损率只有2.27×10^-4mm³/m,Cu-nano Al₂O₃涂层磨损率最大。在本试验条件下,采用纳米材料或添加金属都能够提升涂层的摩擦学性能。5.六种涂层的磨损形式都以层片状剥落为主,Ni-nano Al₂O₃涂层磨痕处可观察到些许犁沟的存在。纳米涂层中微裂纹产生和扩展阻力较大,添加的金属在摩擦磨损过程中起到润滑的作用,二者都改善了摩擦磨损过程中涂层剥落的现象,使得涂层耐磨性提高。