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铝合金表面Al2O3薄膜及Al2O3/CrN多层薄膜在水中摩擦磨损性能的研究

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在2A12铝合金表面利用微弧氧化技术制备Al2O3薄膜及采用射频磁控溅射技术在氧化铝陶瓷膜表面沉积CrN薄膜。用X射线衍射仪分析了薄膜的相构成,用涡流测厚仪测量了膜层的厚度,用纳米压痕仪测定薄膜的纳米硬度。利用微摩擦磨损试验机研究Al2O3薄膜及Al2O3/CrN多层薄膜与Si3N4球在水润滑下的摩擦磨损特性,用非接触表面三维形貌仪测量了薄膜的磨损体积,最后用扫描电镜观察了磨痕的表面形貌.实验结果表明：Al2O3薄膜主要由α-Al2O3和γ-Al2O3相组成,膜层最高纳米硬度12GPa.而CrN薄膜主要由单质Cr相、Cr2N相和CrN相组成,膜层最高纳米硬度34GPa.水润滑时,Al2O3薄膜/Si3N4摩擦副的摩擦因子随法向载荷和滑行速度的增大分别从0.69和0.67下降到0.65；磨损率则分别从3.84×10-5mm3/N.m和2.89×10-5mm3/N.m增加到4.47×10-5mm3/N. m.对于Al2O3-CrN/Si3N4摩擦副的水润滑来说,随法向载荷和滑行速度的增大,摩擦因子从0.58降低到0.36,其磨损率从1.09×10-5mm3/N.m增大到3.16×10-5mm3/N.m.微观分析表明：Al2O3薄膜主要发生了摩擦化学磨损和疲劳磨损,而Al2O3/CrN多层薄膜主要发生摩擦化学磨损和CrN薄膜的剥落.在相同的摩擦环境和实验参数下,单层氧化铝薄膜的摩擦因子和磨损率都高于Al2O3/CrN多层薄膜的,这表明CrN薄膜有利于改善Al合金表面微弧氧化陶瓷薄膜的水润滑性能。

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