喷涂功率对NiCr-Cr3C2涂层表面自由能及其摩擦性能的影响

doi:10.3901/JME.2015.23.096

机械工程学报 ›› 2015, Vol. 51 ›› Issue (23): 96-102.doi: 10.3901/JME.2015.23.096

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喷涂功率对NiCr-Cr3C2涂层表面自由能及其摩擦性能的影响

李楠楠¹, 康嘉杰², 王海斗³, 董天顺¹, 许中林¹, 李国禄¹

1. 河北工业大学材料科学与工程学院天津 300130；
2. 中国地质大学(北京)工程技术学院北京 100083；
3. 装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室北京 100072

收稿日期:2014-12-12 修回日期:2015-05-26 出版日期:2015-12-05 发布日期:2015-12-05
通讯作者: 李国禄，男，1966年出生，博士，教授。主要研究方向为表面工程与摩擦学。 E-mail：liguolu0305@163.com
作者简介:李楠楠，男，1989年出生。主要研究方向为表面工程。 E-mail：lnnhblf@126.com
基金资助:
国家自然科学基金(51275151)、国家重点基础研究发展计划(973计划，2011CB013405)和国家杰出青年科学基金(51125023)资助项目

Influence of Spraying Powers on Surface Free Energy and Tribological Properties of NiCr-Cr3C2 Coating

LI Nannan¹, KANG Jiajie², WANG Haidou³, DONG Tianshun¹, XU Zhonglin¹, LI Guolu¹

1. School of Materials Science and Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin 300130;
2. School of Engineering and Technology, China University of Geosciences, Beijing 100083;
3. National Key Laboratory for Remanufacturing, Academy of Armored Forces Engineering, Beijing 100072

Received:2014-12-12 Revised:2015-05-26 Online:2015-12-05 Published:2015-12-05

摘要/Abstract

摘要： 利用超音速等离子喷涂技术制备了不同喷涂功率条件下的NiCr-Cr3C2涂层，结合表面自由能理论研究了其表面摩擦学性能。利用Owens-Wendt几何平均法计算了涂层的表面自由能及其分量。对比发现，涂层孔隙率、显微硬度和摩擦因数均随着喷涂功率的变化而变化，且其变化趋势与极性分量均表现出一定的相似性。分析表明，受喷涂功率的影响，喷涂粒子的温度和速度对涂层表面分子间作用力产生影响，从而间接改变了涂层表面的自由能，并且自由能及其分量的改变，会直接影响NiCr-Cr3C2涂层表面的摩擦学特性。

关键词: NiCr-Cr3C2涂层, 表面自由能, 超音速等离子喷涂, 摩擦学性能

Abstract: The NiCr-Cr3C2 coatings are prepared by the supersonic plasma spraying under different spraying powers and the tribological properties are studied with surface free energy theory. By measuring the contact angles of the coating, the surface free energy and its components are calculated by the Owens-Wendt geometric mean method. By comparing the analysis, it finds that the porosity, micro-hardness and friction coefficient of the coating change as the spraying power, and the trend shows a certain similarity with the polar component. The analysis result indicates that the intermolecular force of surface is affected by the temperature and velocity of the flying particles under different spraying power. That indirectly changes the surface free energy and its components. When the change happened, the tribological properties of NiCr-Cr3C2 coating will be affected directly.

Key words: NiCr-Cr3C2 coatings, supersonic plasma spraying, surface free energy, tribological property

李楠楠, 康嘉杰, 王海斗, 董天顺, 许中林, 李国禄. 喷涂功率对NiCr-Cr3C2涂层表面自由能及其摩擦性能的影响[J]. 机械工程学报, 2015, 51(23): 96-102.

LI Nannan, KANG Jiajie, WANG Haidou, DONG Tianshun, XU Zhonglin, LI Guolu. Influence of Spraying Powers on Surface Free Energy and Tribological Properties of NiCr-Cr3C2 Coating[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2015, 51(23): 96-102.

参考文献

[1] ZHANG X C，XU B S，TU S T，et al. Fatigue resistance and failure mechanisms of plasma-sprayed CrC–NiCr cermet coatings in rolling contact[J]. International Jounal of Fatigue，2009，31(5)：906-915.
[2] ZHANG Zhenyu，LU Xinchun，LUO Jianbin. Tribological properties of rare earth oxide added Cr3C2–NiCr coatings[J]. Applied Surface Science，2007，253(9)：4377-4385.
[3] XIE Z，WANG H，LU F，et al. Study on NiCr-Cr3C2 deposition efficiency of two supersonic spraying[J]. Prcedia Earth and Planetary Science，2011，2：122-126.
[4] 王海军，谢兆钱，郭永明，等. 高效能超音速等离子喷涂粒子特性及涂层特点[J]. 中国表面工程，2010，23(3)：84-88.WANG Haijun，XIE Zhaoqian，GUO Yongming，et al. Characteristic of high efficiency supersonic plasma particles and coatings[J]. China Surface Engineering，2010，23(3)：84-88.
[5] PIAO Zhongyu，XU Binshi，WANG Haidou，et al. Influence of surface nitriding treatment on rolling contact behavior of Fe-based plasma sprayed coating[J]. Applied Surface Science，2013，266：420-425.
[6] 李国禄，王韶云，王海斗，等. 等离子喷涂NiCrBSi涂层接触疲劳过程中残余应力变化规律研究[J]. 机械工程学报，2012，48(10)：23-27.LI Guolu , WANG Shaoyun，WANG Haidou，et al. Study on the residual stress of plasma sprayed NiCrBSi coating in contact fatigue process [J]. Journal of Mechanical Engineering，2012，48(10)：23-27.
[7] 陈书赢，王海斗，徐滨士，等. 热喷涂层滚动接触疲劳寿命演变规律研究进展[J]. 机械工程学报，2014，50(8)：23-33.CHEN Shuying，WANG Haidou，XU Binshi，et al. Law of rolling contact fatigue life of thermal spray coatings：A review[J]. Journal of Mechanical Engineering，2014，50(8)：23-33.
[8] GAO Y，XU X，YAN Z，et al. High hardness alumina coatings prepared by low power plasma spraying[J]. Surface and Coatings Technology，2002，154(2)：189-193.
[9] CIZEK J，KHOR K A，PROCHAZKA Z. Influence of spraying conditions on thermal and velocity properties of plasma sprayed hydroxyapatite [J]. Materials Science and Engineering：C，2007，27(2)：340-344.
[10] 王志平，程涛涛，丁坤英. 颗粒致密度对WC-10Co-4Cr涂层性能的影响[J]. 机械工程学报，2011，47(24)：63-38.WANG Zhiping，CHENG Taotao，DING Kunying. Effect of particle-density on the performance of WC-10Co-4Cr coating[J]. Journal of Mechanical Engineering，2011，47(24)：63-68.
[11] 王元兰. 无机化学[M]. 2版. 北京：化学工业出版社，2011.WANG Yuanlan. Inorganic chemistry [M]. 2nd ed. Beijing：Chemical Industry Press，2011.
[12] MATYKINA E，GARCIA I，de DAMBORENEA J J，et al. Comparative determination of TiO2 surface free energies for adhesive bonding application[J]. International Journal of Adhesion and Adhesives，2011，31(8)：832-839.
[13] 翟瑞，邵红红，丁红燕，等. 掺钽 TiO2薄膜的生物活性研究[J]. 功能材料，2012，43(5)：590-594.ZHAI Rui，SHAO Honghong，DING Hongyan，et al. Research on the bioactivity of Ta-doped TiO2 film[J]. Function Materials ，2012，43(5)：590-594.
[14] 戴玉宏，刘建睿，黄卫东. 铸型面特性对铸件表面粗糙度的影响[J]. 特种铸造及有色合金，2012，32(4)：355-358. DAI Yuhong，LIU Jianrui，HUANG Weidong. Effects of casting mold interfacial characteristics on surface roughness of castings[J]. Special Casting & Nonferrous Alloys，2012，32(4)：355-358.
[15] LUGSCHEIDER E，BOBZIN K. The influence on surface free energy of PVD-coatings[J]. Surface and Coatings Technology，2001，142：755-760.
[16] SUN C C，LEE S C，DAI S B，et al. Surface free energy of non-stick coatings deposited using closed field unbalanced magnetron sputter ion plating[J]. Applied Surface Science，2007，253(8)：4094-4098.
[17] WANG M，LIANG J，TANG Q，et al. Surface free energy of copper-zinc alloy for energy-saving of boiler[J]. Rare Metals，2006，25(6)：324-327.
[18] ALLOUL H，ROQUES-CARMES T，HAMIEH T，et al. Effect of chemical modification on surface free energy components of Aerosil silica powders determined with capillary rise technique [J]. Powder Technology，2013，246：575-582.
[19] ZHAO Q，LIU Y，ABEL E W. Surface free energies of electroless Ni–P based composite coatings[J].Applied Surface Science，2005，240(1)：441-451.
[20] ZHANG X C，XU B S，TU S T，et al. Effect of spraying power on the microstructure and mechanical properties of supersonic plasma-sprayed Ni-based alloy coatings[J]. Applied Surface Science，2008，254(20)：6318-6326.

喷涂功率对NiCr-Cr3C2涂层表面自由能及其摩擦性能的影响

Influence of Spraying Powers on Surface Free Energy and Tribological Properties of NiCr-Cr3C2 Coating

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[1]	王伟, 魏春艳, 屈怡珅, 董少文, 吕凡凡, 金杰, 王快社. 黑磷烯量子点作为水基润滑添加剂的摩擦学性能研究[J]. 机械工程学报, 2024, 60(3): 226-237.
[2]	尹艳丽, 于鹤龙, 王红美, 魏敏, 史佩京, 白志民, 张伟. 蛇纹石/纳米铜复合添加剂改善铜合金减摩抗磨性能的研究[J]. 机械工程学报, 2023, 59(18): 54-68.
[3]	秦红玲, 郭文涛, 李雪飞, 赵新泽, 徐翔. 闸门底枢摩擦副QT600-3/40Cr摩擦学性能及磨损表面功率谱密度表征[J]. 机械工程学报, 2019, 55(17): 102-109.
[4]	黎海旭, 唐鹏, 吴正涛, 代伟, 王启民, 祁正兵. TiSiN/AlCrN纳米多层涂层高温热稳定性及摩擦学特性研究[J]. 机械工程学报, 2018, 54(6): 32-40.
[5]	马国政, 雍青松, 王海斗, 何鹏飞, 徐滨士. 调制周期对纳米多层类石墨薄膜力学性能及摩擦学性能的影响[J]. 机械工程学报, 2018, 54(15): 92-99.
[6]	肖华平, 刘书海, 陈瑜, 王德国. 4种轴承钢在水基泥浆中摩擦学性能研究[J]. 机械工程学报, 2018, 54(13): 153-158.
[7]	马浩, 高殿荣, 毋少峰, 梁瑛娜. 水压马达仿生非光滑表面配流副摩擦磨损研究[J]. 机械工程学报, 2018, 54(13): 142-152.
[8]	顾军, 张朝辉, 黄宝成, 王磊, 李宽宽. 丙二醇无规共聚醚水溶液的摩擦学性能研究[J]. 机械工程学报, 2018, 54(1): 144-149.
[9]	李星亮, 岳文, 黄飞, 康嘉杰, 付志强. 磨料粒度对表面微织构纯钛干摩擦性能的影响[J]. 机械工程学报, 2017, 53(24): 25-33.
[10]	雍青松, 王海斗, 徐滨士, 马国政. 类金刚石薄膜摩擦机理及其摩擦学性能影响因素的研究现状[J]. 机械工程学报, 2016, 52(11): 95-107.
[11]	李国禄, 李楠楠, 王海斗, 康嘉杰. 不同喷涂工艺制备的Al₂O₃-13%TiO₂涂层表面自由能与冲蚀磨损性能研究[J]. 机械工程学报, 2016, 52(10): 59-66.
[12]	欧阳平;陈国需;张贤明;梁新元;李华锋. 点/线/面接触条件下喹唑啉酮胺润滑油添加剂的摩擦学性能[J]. , 2012, 48(7): 119-124.
[13]	王松;岳文;王成彪;高晓成;卜宏利;刘家浚. 渗氮GCr15钢在含氮硼酸酯添加剂润滑油作用下的摩擦学性能[J]. , 2012, 48(19): 128-133.
[14]	马国政;徐滨士;王海斗;司洪娟. 表面纳米化预处理对1Cr18Ni9Ti不锈钢渗硫层摩擦学性能的影响[J]. , 2011, 47(11): 75-81.
[15]	龚国芳;杨华勇;傅新. 水润滑条件下高岭土填充UHMWPE基复合材料的摩擦学特性[J]. , 2002, 38(增刊): 172-176.