gcr15圆钢内壁喷涂耐磨涂层发展方向

        轨道交通正向高速、重载的方向发展。机车零部件的服役状态更加恶劣，随着国民经济的高速发展。失效速度加快，零部件使用寿命缩短。因此，对机车零部件的性能提出了更高要求。机车气缸套和活塞环是内燃机中最重要的摩擦副，由于磨损和穴蚀，缸套需经常更换。采用等离子喷涂技术在gcr15圆钢内壁喷涂耐磨涂层，实现缸套的绿色再制造，一项绿色环保的制造技术。本文在国内外气缸套再制造技术调研和分析的基础上，提出通过热喷涂技术对废旧气缸套实施再制造，提高gcr15圆钢表面摩擦学性能，并研究其中涉及的技术问题。以NiCrBSi材料为基材，研究Al2O3和Mo材料的含量对涂层结构与性能的影响，并对所得涂层进行金相组织、相结构、显微硬度和摩擦学性能等方面的表征，比较Mo-NiCrBSi涂层在干、油以及边界润滑条件下的摩擦学性能，分析摩擦磨损机理。首先，利用等离子喷涂方法在304不锈钢基体上制各NiCrBSi涂层，涂层主要由γ-NiCrBCr2BNi3B等相组成，涂层存在非晶组织和晶体位错等缺陷。等离子喷涂粒子熔化较好，观察到熔融粒子在涂层内部因撞击铺展而形成的层状堆积，测量结果显示扁平粒子的厚度在510μm之间，涂层孔隙率为1.72％，显微硬度约为850HV然后，gcr15圆钢利用胶粘混粉方式对Al2O3与NiCrBSi两种粉末进行混合，利用机械混粉方式对Mo与NiCrBSi粉末进行混合，并利用等离子喷涂方法制备Al2O3-NiCrBSi和Mo-NiCrBSi复合涂层，分析了Al2O3和Mo含量对涂层组织结构与摩擦学性能的影响规律，基于涂层往复摩擦实验的磨痕形貌对摩擦磨损机理进行了分析。结果表明，Al2O3-NiCrBSi复合涂层由Al2O3增强体与NiCrBSi基体组成。涂层主要成分是α-A l2O3少量β-A l2O3以及NiCrBSi非晶组织。

gcr15圆钢增强体含量对涂层的组织结构及耐磨性能有明显影响。Al2O3含量较少时，无法在涂层中的得到足够的强化相;A l2O3含量过多时，虽然涂层硬度较大，但是脆性也很大，没有足够的NiCrBSi固定Al2O3摩擦过程中易整片脱落并形成磨粒。Mo-NiCrBSi涂层中Mo颗粒熔化和铺展较好，呈现带状的扁平化粒子形貌，均匀分布在涂层中。涂层中出现了Ni3BCr2BCr3C2等硬质相，非晶宽化现象也比较明显。随着Mo含量增加，涂层硬度逐渐降低。摩擦学测试结果显示:干摩擦条件下，涂层与对磨球在摩擦过程中形成MoO2润滑层，可降低摩擦系数并抑制磨粒的形成。干摩擦条件下，Mo-NiCrBSi涂层中的主要磨损机制是粘着磨损，Mo-NiCrBSi耐磨性能要优于Al2O3-NiCrBSi涂层。最后，针对Mo-NiCrBSi涂层开展了油润滑摩擦试验，Mo-NiCrBSi涂层在油润滑条件下摩擦系数显著下降，稳定性明显得到改善，且Mo含量对降低涂层摩擦系数有显著作用。EDS结果表明，机油摩擦过后的磨痕表面有0.34wt％的S元素。相反，相同条件下的非磨表面的S含量为0表明Mo与机油发生反应生成MoS2润滑膜。随着Mo含量的增加，颗粒剥落情况越来越少，磨痕越来越浅。当Mo含量为30wt％时，Mo-NiCrBSi涂层的磨损量仅为纯NiCrBSi涂层的4％。边界润滑条件下Mo-NiCrBSi涂层的摩擦系数曲线主要由1最初的油润滑阶段;2边界润滑状态;3近乎进入干摩擦状态;4干摩擦状态，共4个部分组成。随着Mo含量的增加，摩擦系数突变时间由NiCrBSi涂层的50分钟增加到30％Mo-NiCrBSi涂层的660分钟，表明Mo能有效延长涂层由边界润滑进入干摩擦状态的时间。