金属学报

作者：李晓倩, 王富国, 梁爱民

单位：1.中国科学院兰州化学物理研究所 材料磨损与防护重点实验室 兰州 730000；2.中国科学院大学 材料与光电研究中心 北京 100049

关键词：钽基涂层,纳米晶,等离子喷涂,Ta₂O₅,晶粒尺寸,磨损率,

基金：装备预先研究项目(培育项目)(0711)

采用大气等离子喷涂制备了Ta2O5原位复合钽基纳米晶涂层，利用SEM、微束XRD、微动摩擦磨损实验机及非接触三维表面轮廓仪等技术手段并结合计算分析，考察了喷涂功率、主气(Ar)流量等对钽基涂层表面Ta2O5含量、晶粒尺寸、显微硬度和摩擦磨损性能等的影响规律及原因。在考察范围内，随喷涂功率增大，钽基涂层表面Ta2O5含量呈先减小后增大的变化，而涂层表面α-Ta的晶粒尺寸及点阵畸变则均呈先增大后减小的变化；随Ar气流量增大，涂层表面Ta2O5含量总体呈减小趋势，在流量为2.17×10-3~2.33×10-3 m3/s时达到最低，α-Ta的晶粒尺寸与点阵畸变的变化呈负相关性；采用间断喷涂方法时涂层表面Ta2O5含量降低，α-Ta晶粒尺寸及点阵畸变均略有减小。通过对喷涂相关微观过程特点的分析，对这些规律作了阐释。涂层的显微硬度与其表面Ta2O5含量相关，高硬度涂层的表面Ta2O5含量相对较低；干摩擦条件下晶粒较大、Ta2O5含量较少的涂层抵御硬质陶瓷低速刻划的能力较差；边界润滑状态下硬度较高的涂层表现出更优的抗磨减摩性能；采取间断喷涂可获得摩擦学性能最佳的涂层。钽基涂层的机械性能与其微观结构特征显著相关；除显微硬度外，涂层晶粒尺寸、点阵畸变及表面Ta2O5含量的相对值可用作质量控制的重要指标。

来源：2021年第2期

《金属学报》期刊编辑部

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