不同载荷下TD处理制备VC改性层的摩擦磨损行为.pdf

２０１４年ｌＯ月—第１Ｏ期第５３５８页材Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ料工Ｍａｔｅｒｉａｌｓ程ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＯｅｔｏｂｅｒ２０１４—Ｎｏ．１０ｐＰ．５３５８不同载荷下ＴＤ处理制备ＶＣ改性层的摩擦磨损行为ＦｒｉｃｔｉｏｎａｎｄＷｅａｒＢｅｈａｖｉｏｒｓｏｆＶＣＭｏｄｉｆｉｅｄＬａｙｅｒＰｒｅｐａｒｅｄｂｙＴＤＰｒｏｃｅｓｓＵｎｄｅｒＤｉｆｆｅｒｅｎｔＬｏａｄｉｎｇｓ孔德军，付贵忠，周朝政。，王文昌。（１常州大学机械工程学院，江苏常州２１３１６４；２常州大学石油化工学院，江苏常州２１３１６４；３上海交通大学材料科学与工程学院，上海２００２４０）———ＫＯＮＧＤｅ－ｊｕｎ，ＦＵＧｕｉｚｈｏｎｇ，ＺＨＯＵＣｈａｏｚｈｅｎｇ，ＷＡＮＧＷｅｎｃｈａｎｇ（１ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈａｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ２１３１６４，Ｃｈｉｎａ；２ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈａｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ２１３１６４，Ｃｈｉｎａ；３ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４０，Ｃｈｉｎａ）摘要：通过ＴＤ（热扩散）处理方法在Ｃｒ１２ＭｏＶ冷作模具钢表面制备了一层ＶＣ改性层，利用ＳＥＭ，ＥＤＳ，ＸＲＤ和划痕法等手段对改性层组织形貌，成分和结合强度进行了表征，并与ＧＣｒｌ５钢柱对磨进行了干摩擦滑动磨损实验，研究其在不同载荷下摩擦性能和往复磨损特性。结果表明：改性层是由ＶＣ相组成，其界面结合方式为冶金结合，划痕法测得改性层平均结合强度为５１．２Ｎ；稳态摩擦因数随着载荷的增加而增大，合理的载荷减小摩擦因数和磨损量，往复磨损机制主要为磨粒磨损；ＶＣ改性层能够显著提高Ｃｒｌ２ＭｏＶ钢的表面硬度和承载能力，可以显著改善其耐磨性能，ＶＣ改性层高硬度和结合强度是提高耐磨性的主要机制。关键词：ＴＤ处理；ＶＣ改性层；摩擦因数；磨损形貌；能谱分析ｄｏｉ：１０．１１８６８／ｊ．ｉｓｓｎ．１ＯＯｌ一４３８１．２０１４．１０．０１０中图分类号：ＴＨ１１７．１；ＴＧ１１５．５。Ｌ８文献标识码：Ａ———文章编号：１００１４３８１（２０１４）１０００５３０６Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＶＣ（ｖａｎａｄｉｕｍｃａｒｂｉｄｅ）ｍｏｄｉｆｉｅｄｌａｙｅｒｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄｏｎｔｈｅｃｏｌｄｗｏｒｋｉｎｇｄｉｅｓｔｅｅｌｏｆ—Ｃｒｌ２ＭｏＶｗｉｔｈＴＤ（ｔｈｅｒｍａｌｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）ｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓａｎｄｂｏｎｄ—ｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆＶＣｍｏｄｉｆｉｅｄｌａｙｅｒｗｅｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｖｉａＳＥＭ，ＥＤＳ，ＸＲＤａｎｄＳＴ（ｓｃｒａｔｃｈｔｅｓｔ），ｒｅ—ｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＴｈｅｄｒｙｓｌｉｄｉｎｇｆｒｉｃｔｉｏｎｔｅｓｔｏｆＧＣｒｌ５ｓｔｅｅｌｃｏｌｕｍｎａｇａｉｎｓｔＶＣｍｏｄｉｆｉｅｄｌａｙｅｒｗａｓｐｒｏｃｅｓｓｅｄ，ｔｈｅｗｅａｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｆｒｅｔｔｉｎｇｗｅａｒｂｅｈａｖｉｏｒｕｎｄｅｒｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏａｄｓｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅＶＣｍｏｄｉｆｉｅｄｌａｙｅｒｉｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆＶＣｐｈａｓｅ，ａｎｄｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｃｏｍｂｉｎｅｉｓａｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌｂｏｎｄｉｎｇ，ｗｈｏｓｅａｖｅｒａｇｅｂｏｎｄｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈｉｓ５１．２ＮｂｙＳＴ．ＴｈｅｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｔｓｔａｔｉｏｎａｒｙｓｔａｇｅｉＳｉｎｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅ１ｏａｄ。ｔｈｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅ１ｏａｄｃａｎｒｅｄｕｃｅｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｗｅａｒ—ｍａｓｓ，ａｎｄｔｈｅｆｒｅｔｔｉｎｇｗｅａｒｍｅｃｈａｎｉｓｍｉｓａｂｒａｓｉｏｎｗｅａｒ．ＶＣｍｏｄｉｆｉｅｄｌａｙｅｒｏｂｖｉｏｕｓｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｈａｒｄｎｅｓｓａｎｄｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆＣｒ１２ＭｏＶｓｔｅｅｌ，ａｎｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｓｉｔｓｗｅａｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ａｎｄｔｈｅｈｉｇｈｈａｒｄｎｅｓｓａｎｄｂｏｎｄｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈｉｓｔｈｅｍａｉｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｗｅａｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．—Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＴＤｐｒｏｃｅｓｓ；ＶＣｍｏｄｉｆｉｅｄｌａｙｅｒ；ｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ；ｗｅａｒｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ；ｅｎｅｒｇｙｓｐｅｃｔｒｕｍａｎａｌｙｓｉｓＣｒ１２ＭｏＶ是一种应用广泛的冷作模具钢，具有良好的耐磨性和韧性，但仍易因磨损而发生失效¨。现有的热处理工艺已经难以满足需要，有必要通过涂层技术来提高其表面硬度、耐磨和耐蚀等性能，已成为近—年来冷作模具表面改性处理研究的热点。ＴＤ（ＴｈｅｒｍａｌＤｉｆｆｕｓｉｏｎ）处理是一种能有效地提高模具使用寿命的渗金属法引，其原理是将基体中Ｃ原子扩散到基体表面与ＴＤ处理盐浴中Ｖ原子反应形成ＶＣ改性层嘲，具有高硬度、耐磨、抗咬合、抗氧化和抗腐蚀等特性，且不降低基体材料的韧性。由于ＶＣ改性层是硬５４材料１＿程２０１４年１Ｏ期度最高的过渡金属碳化物之一］，为面心立方结构］，是目前解决冷作模具表面拉伤最有效的ｌＴ艺之一，可提高模具寿命数倍至数十倍，该类工艺在日本、美国、韩国等国都已得到广泛的应用［６］。国内外学者对ＶＣ改性层生长机制、组织结构、磨损及耐蚀性能等进行了大量的研究ｌ７］，但对ＶＣ改性层在不同载荷下摩擦与磨损特性的研究鲜见报道。为了提高Ｃｒｌ２ＭｏＶ钢表面硬度、抗磨损性能和使用寿命，本工作以无水硼砂、钒铁粉和钛铁粉为原料，通过ＴＤ处理方法制备ＶＣ改性层，分析了改性层显微结构特征及其磨损性能，对不同载荷下ＶＣ改性层的磨损机理进行了探讨，为ＴＤ处理在冷作模具表面改性处理中应用提供实验依据。１实验方法——实验材料为Ｃｒｌ２ＭｏＶ钢，实验设备为ＳＧ２５１２℃坩埚电阻炉，采用铂铑一铂热电偶加热温度为１２００，由ＫＳ．Ｉ型温度控制器控制ＴＤ处理温度，精度为±℃５。盐浴原材料由８５（质量分数，下同）无水硼砂基盐、４还原剂ＦｅＳｉ４５、９供钒剂ＦｅＶＳ０和２活化剂ＮａＦ组成，先用无水硼砂基盐启动盐炉，然后再将供钒剂ＦｅＶ５０、活化剂ＮａＦ和还原剂ＦｅＳｉ４５混合均匀加入到盐浴，待其充分熔化后，将Ｃｒｌ２ＭｏＶ冷作模具钢浸在１２００ｏＣ盐浴中保温６ｈ后取出。在１００ｏＣ℃水中煮沸６ｈ后，去除试样表面的基盐。再经过１８０低温回火２ｈ后，即可获得实验所需ＶＣ改性层。改性层表面形貌和化学元素组成用ＪＳＭ－６３６ｏＩＡ型扫描电子显微镜及配制的电子能谱仪分析，并用ＨＸＤ－１０００型显微硬度仪测量改性层表面显微硬度。磨损实验在ＨＳＲ一２Ｍ往复式摩擦磨损试验仪上进行，摩擦副ＧＣｒｌ５为钢柱，载荷分别为４００，６００ｇ和８００ｇ，实验时间为１２０ｍｉｎ，每分钟往复５００次，往复长度为５ｍｍ２结果分析与讨论２．１表面形貌与ＥＤＳ分析ＴＤ处理形成的ＶＣ改性层的物相组成较复杂，℃在７７０时，供钒剂ＦｅＶ５０中Ｖ原子开始与从基体中置换出来的Ｃ原子发生Ｖ的碳化反应ｌｌ，即——ＦｅＶ＋ＣＶＣ＋ａＦｅ（１）图１为ＶＣ改性层表面形貌与ＥＤＳ分析结果。由图１（ａ）可见，ＴＤ处理后ＶＣ改性层表面平整，覆盖性和致密度较好，无缝隙和夹渣现象，形成了完整的表面覆盖层。表面ＶＣ颗粒均匀分布于改性层中，提高了改性层耐磨耐蚀性能。ＶＣ改性层表面ＥＤＳ分析结果如图１（ｂ）所示，其化学元素为Ｃ１Ｏ．５５，Ｖ８９．４５；原子分数为Ｃ３３．３４，Ｖ６６．６６，改性层中Ｃ与Ｖ原子比例大约为１：２。用ＨＸＩ）＿１０００型显—微硬度仪测定其表面显微硬度为３０５０３２００ＨＶ，而基体表面显微硬度仅为５００ＨＶ一５５０ＨＶ，形成了功能硬度梯度，有效地提高冷作模具表面抗拉伤能力，可以提高成形件的表面质量［１。图１ｖｃ改性层表面形貌（ａ）与ＥＤＳ分析（ｂ）Ｆｉｇ．１Ｓｕｒｆａｃｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ（ａ）ａｎｄＥＤＳａｎａｌｙｓｉｓ（ｂ）ｏｆＶＣｍｏｄｉｆｉｅｄｌａｙｅｒ图２为ＶＣ改性层一基体ＸＲＤ衍射图谱。由图２—可见，基体中物相为Ｍ（马氏体）和Ｆｅ，ＶＣ改性层的—ＸＲＤ衍射峰为ＶＣ，不含脆性的ｄ（ＦｅＶ）相或ａＦｅ相。这表明改性层中。相已完全分解，盐浴中Ｖ原子以固—溶体形式存在于ａＦｅ中，具有很高的活性。在ＴＤ处理温度下碳化反应完全，生成单一ＶＣ相，改性层中无其他杂质元素。２．２界面形貌与ＥＤＳ分析ＶＣ改性层与基体结合界面形貌与ＥＤＳ分析如图３所示。由图３（ａ），可见，涂层厚度大约５．３ｔｚｍ，厚度比较均匀，改性层晶粒较基体更致密，其组织为由基体向外延生长的平面晶，表明改性层一基体界面为冶金第ｌＯ期不同载荷下ＴＤ处理制备ＶＣ改性层的摩擦磨损行为５５２０／【。）图２ＶＣ改性层一基体ＸＲＤ衍射图谱—Ｆｉｇ．２ＸＲＤｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｏｆＶＣｍｏｄｉｆｉｅｄｌａｙｅｒｓｕｂｓｔｒａｔｅ结合形式。对改性层界面进行ＥＤＳ扫描分析，观察Ｖ和Ｃ元素在改性层中分布规律，００１点化学元素为Ｃｌ１．５１，Ｖ８８．４９；原子分数为Ｃ３５．５６，Ｖ６４．４４，如图３（ｂ）所示，与图２（ｂ）中能谱分析结果是一致的，化学元素为Ｖ和Ｃ。００２点化学元素原子数分数为Ｃ３ｌ＿６８，Ｓｉ０．５３，Ｖ１０．８５，Ｃｒ５．１２，Ｆｅ５１．８２，如图３（ｃ）所示，在界面处发生了部分化学原子的相互扩散，是形成冶金结合的一个重要机制。００３点化学元素原子分数为Ｃ３１．８３，Ｖ１４．８９％，Ｃｒ３１．５６，Ｆｅ３１．２７，Ｍｏ０．４４，如图３（ｄ）所示，主要为基体的化学元素。Ｖ和ｃ元素主要存在于改性层中，而在过渡区由于金属元素的相互扩散，导致此处存在少量的Ｆｅ、Ｃｒ和ｓｉ等元素。图３ＶＣ改性层界面形貌与ＥＤＳ分析（ａ）界面形貌；（ｂ）００１点ＥＤＳ分析；（ｃ）００２点ＥＤＳ分析；（ｄ）００３点ＥＤＳ分析Ｆｉｇ．３ＩｎｔｅｒｆａｃｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙａｎｄＥＤＳａｎａｌｙｓｉｓｏｆＶＣｍｏｄｉｆｉｅｄｌａｙｅｒ（ａ）ｉｎｔｅｒｆａｃｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ；（ｂ）ＥＤＳａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｏｉｎｔ００１；（ｃ）ＥＤＳａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｏｉｎｔ００２；（ｄ）ＥＤＳａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｏｉｎｔ００３２．３界面结合强度划痕实验测量方式为声发射，测试参数：加载载荷６ＯＮ，加载速率６０Ｎ／ｍｉｎ，划痕长度６ｍｍ。划痕实验开始时，表面无明显的痕迹。当载荷增大到一定程度时，由于改性层与基体屈服强度不一致，导致改性层与基体向不同的方向屈服，此时摩擦力与摩擦因数有一突变，同时改性层在划穿时局部崩裂或整体剥落，划痕后表面形貌如图４（ａ）所示。划痕法测得改性层Ａ划痕结合强度为５２．１Ｎ，Ｂ划痕结合强度为５０．３Ｎ，如图４（ｂ）所示。其平均结合强度为５１．２Ｎ，其Ｉ临界载荷Ｌ超过了５０Ｎ，说明改性层界面结合状态良好。同时改性层在划痕过程中未发生脱落和开裂现象，划痕边界出现了隆起现象，这说明改性层具有良好的韧性【１，有利于提高其抗划伤和冲击性能。２．４摩擦因数图５为在不同载荷下改性层摩擦因数与磨损时间的变化关系。ＶＣ改性层经历了磨合到稳定的过程，摩擦因数在磨损初期有大幅跳动，然后达到一个稳定值，摩擦因数曲线趋于一致。摩擦因数在摩擦开始阶段约为０．１８，在经过１０ｍｉｎ磨损期后，摩擦因数迅速上升，然后达到稳态的状态。其原因是在磨损初期ＶＣ改性层材料出现了明显的剥落，随着剥落的改性５６材料工程２０１４年ｌＯ期图４ＶＣ改性层划痕形貌（ａ）与界面结合强度（ｂ）Ｆｉｇ．４Ｓｃｒａｔｃｈｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ（ａ）ａｎｄｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌｂｏｎｄｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈ（ｂ）ｏｆＶＣｍｏｄｉｆｉｅｄｌａｙｅｒ图５不同载荷下摩擦因数与时间关系Ｆｉｇ．５Ｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ＂ＵＳｗｅａｒｌｉｍｅｕｎｄｅｒｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏａｄｓ层材料转移，该阶段摩擦数变化比较大。在４００ｇ载荷状态下，稳态阶段的摩擦因数呈现下降的趋势，由０．４６下降至０．２９。这表明此载荷下ＶＣ改性层表现ｍ较好的减摩性能，适用冷作拉伸模具的表面改性处理，有利于提高产品的表面质量。当载荷为６００ｇ时，稳态的摩擦因数有所提高，且在稳态阶段变化趋势比较稳定，摩擦因数维持０．４８左右。这说明改性层表面粗糙度有所增大，其结果是ＶＣ改性层表面发生了磨损，在该阶段摩擦副之间接触性质发生变化，为磨粒磨损。当载荷继续增大到８００ｇ时，摩擦因数变化趋势与载荷为６００ｇ时一致，但是摩擦因数比载荷为６００ｇ时有所增加，在稳态阶段摩擦因数在０．５４左右。摩擦因数增加的主要原因是ＶＣ改性层表面粗糙度进一步增大，其中表面磨损与疲劳剥落是粗糙度增加的主要原因。２．５磨损后表面粗糙度图６为ＶＣ改性层磨损前后粗糙度分析结果。用轮廓仪测量磨损前后ＶＣ改性层表面粗糙度，放大倍图６ＶＣ改性层磨损前后粗糙度分析（ａ）原始状态；（ｂ）载荷４００ｇ；（ｃ）载荷６００ｇ；（ｄ）载荷８００ｇＦｉｇ．６ＳｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓｏｆＶＣｍｏｄｉｆｉｅｄｌａｙｅｒｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｗｅａｒｉｎｇ（ａ）ｐｒｉｍｉｌｉｒｅｓｔａｔｅ；（ｂ）ｕｎｄｅｒｔｈｅｌｏａｄｏｆ４００ｇ；（ｃ）ｕｎｄｅｒｔｈｅｌｏａｄｏｆ６００ｇ；（ｄ）ｕｎｄｅｒｔｈｅｌｏａｄｏｆ８００ｇ第１Ｏ期不同载荷下ＴＤ处理制备ＶＣ改性层的摩擦磨损行为５７率为５１．４０，测量方式为垂直扫描干涉（ＶＳＩ），取样：１６３．４２ｎｍ，排列大小：７３６×４８０。原始状态表面粗糙度Ｒ为１．２０ｐ＿ｍ，表面比较平坦，没有出现突峰或凹谷，如图６（ａ）所示。磨损后表面粗糙度随着载荷的增大而有所增加，这与图４中摩擦因数的变化趋势是一致。在载荷为４００ｇ时，表面粗糙度Ｒ为１．４５ｍ，如图６（ｂ）所示，在图４中摩擦因数也表现为最小。当载“荷为６００ｇ时，表面粗糙度值Ｒ为２．４１ｍ，如图６（ｃ）所示，改性层表面磨损加剧。当载荷继续增加到８００ｇ时，表面粗糙度值Ｒ为２．４９ｍ，如图６（ｄ）所示，表面发生了剧烈的磨损。这表明磨损后表面粗糙度的增加是导致摩擦因数增大的主要原因，采用合理的载荷有利于减小粗糙度，达到减小摩擦因数的目的。２．６磨损后表面形貌与能谱分析图７为ＶＣ改性层磨损后表面形貌。由图７（ａ）可见，在载荷为４００ｇ下磨损后表面未见到磨损的痕迹，表面状态与图１（ａ）是一致的。改性层表面磨损非常轻微，磨痕端部未见明显磨屑堆积，此时磨损量未能测ｍ，这说明表面几乎没有发生磨损。当载荷增加到６００ｇ，磨损加剧，磨痕中心最大应力处开始出现明显的剥层损伤，如图７（ｂ）所示，在改性层表面沿着滑动磨损方向形成了凹槽，磨损量为０．００６３ｇ，表面已经发生了明显的磨损。磨损后改性表面出现擦伤与表面材料脱落的现象，在滑动方向形成划痕，主要发生在磨粒与…合金碳化物间ｌ１。当改性层中碳化物遇到比其硬度还要高的磨粒时，碳化物由于硬度高而且脆性大，裂纹就会发生在碳化物上或碳化物与基体之间，导致材料的断裂或剥落。由于接触面很小，微凸体顶部受到的载荷大，经相互摩擦与咬合后发生脱落现象，改性层ｍ现局部剥落或ＶＣ相颗粒脱落。当载荷进一步增大为８００ｇ时，改性层磨损明显加重，磨损量为０．０ｌ３２ｇ，是载荷６００ｇ磨损量的２．１倍，这说明ＶＣ改性层发生了严重的磨损。同时，在剪切应力和高接触应力作用下，表层ＶＣ发生破碎现象，在该处形成应力集中，产生裂纹源【］。磨痕中心形成疲劳剥落，存在大量剥落坑，如图７（ｃ）所示，改性层失效形式为是疲劳剥落。磨损后表面无明显的黏着痕迹，表明高硬度的ＶＣ改性层具有优良的抗滑动摩擦磨损能力。图７ＶＣ改性层磨损后表面形貌（ａ）载荷４００ｇ；（ｂ）载荷６００ｇ；（ｃ）载荷８００ｇＦｉｇ．７ＳｕｒｆａｃｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓｏｆＶＣｍｏｄｉｆｉｅｄｌａｙｅｒａｆｔｅｒｗｅａｒｉｎｇ（ａ）ｕｎｄｅｒｔｈｅｌｏａｄｏｆ４００ｇ；（ｂ）ｕｎｄｅｒｔｈｅｌｏａｄｏｆ６００ｇ；（ｃ）ｕｎｄｅｒｔｈｅｌｏａｄｏｆ８００ｇ图８为ＶＣ改性层磨损后ＥＤＳ分析。在４００ｇ载荷作用下，磨损后ＶＣ改性层表面化学元素为Ｃ和Ｖ，如图８（ａ）所示，其化学元素原子分数为Ｃ３８．８３％，Ｖ６１．１７。这与图１（ｂ）中能谱分析是一致的，这说明图７（ａ）中ＶＣ改性层表面基本上未发现磨损现象。在６Ｏ０ｇ载荷作用下，磨损后表面化学元素也是Ｃ和２３４５６７８９ｌ０Ｅｎｅｒｇｙ／ｋｅＶ图８ＶＣ改性层磨损后ＥＤＳ分析（ａ）００１点载荷４００ｇ；（ｂ）００２点载荷６００ｇ；（ｃ）００３点载荷８００ｇＦｉｇ．８ＥＤＳａｎａｌｙｓｉｓｏｆＶＣｍｏｄｉｆｉｅｄｌａｙｅｒａｆｔｅｒｗｅａｒｉｎｇ（ａ）Ｏ０１ｕｎｄｅｒｔｈｅｌｏａｄｏｆ４００ｇ；（ｂ）００２ｕｎｄｅｒｔｈｅｌｏａｄｏｆ６００ｇ；（ｃ）００３ｕｎｄｅｒｔｈｅｌｏａｄｏｆ８００ｇ５８材料工程２Ｏ１４年１Ｏ期Ｖ，如图８（ｂ）所示，其化学元素原子分数为Ｃ３５．１３，Ｖ６４．８７。与图７（ｂ）中分析基本一致，磨损后改性层表面没有磨穿，仍为ＶＣ改性层，这说明在此载荷下ＶＣ改性层表现出优良抗磨损性能。在８００ｇ载荷作用下，磨损后改性层表面能谱分析如图８（ｃ）所示，其化学元素原子分数为ｃ３２．８２，Ｖ６５．５３，Ｆｅ１．６５。Ｃ和Ｖ含量低于改性层中Ｃ和Ｖ含量，出现了Ｆｅ元素，这表明图７（ｃ）中剥落层产生在结合界面以上的改性层中。随着加载的继续，改性层逐渐减薄，致使改性层磨损殆尽，因此，其磨损机制属于磨粒磨损和疲劳磨损。３结论（１）高硬度的ＶＣ改性层界面形成的冶金结合方式，有利于提高其滑动磨损耐磨性。（２）ＶＣ改性层稳态摩擦因数随着载荷增加明显上升，这主要与表面的磨损状况和粗糙度有关，合理地使用载荷可以改善摩擦副的接触，可以有效地降低其摩擦因数。（３）ＶＣ磨损后表面粗糙度随着载荷的增大而增加，表面急剧磨损是粗糙度增加的主要原因。（４）ＶＣ磨损主要形式为磨粒磨损和疲劳磨损，其中磨粒磨损后表面出现划痕，属于断裂一剥落机制；疲劳磨损后表面存在大量剥落坑，应力集中是其失效的主要机制。ＥｌｉＥ２３［３］Ｅ４３［５］参考文献王君丽，施雯．Ｃｒｌ２ＭｏＶ钢表面磁控溅射ｒｒｉ／ＴｉＮ涂层的摩擦磨—损性能研究［Ｊ］．摩擦学学报，２００５，２５（２）：１２６１３０．——ＷＡＮＧＪｕｎｌｉ，ＳＨＩＷｅｎ．Ｆｒｉｃｔｉｏｎａｎｄｗｅａｒｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｒｎａｇｎｅ—ｔｒｏｎ－ｓｐｕｔｔｅｒｒｅｄＴｉ／ＴｉＮｃｏａｔｉｎｇｏｎＣｒｌ２ＭｏＶｓｔｅｅｌ［Ｊ］．Ｔｒｉｂｏｌｏ—ｇＹ，２００５。２５（２）：１２６１３０．ＬＩＳＴＥＲＭ．Ｖａｎａｄｉｕｍｃａｒｂｉｄｅｄｉｆｆｕｓｉｏｎｃｏａｔｉｎｇｓｆｏｒｔｏｏｌａｎｄｄｉｅ—ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ［Ａ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ２３ｒｄＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（ＡＳＭＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａ１）［Ｃ］．Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ：ＬａｗｒｅｎｃｅＣｏｎｖｅｎｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒ，—２００６．１６２１６６．刘秀娟，王华昌．不同基体材料ＴＤ法盐浴渗钒层的组织及硬度—ＥＪ］．材料热处理学报，２０１０，３１（１）：１５０１５４．——ＬＩＵＸｉｕｊｕａｎ．ＷＡＮＧＨｕａｃｈａｎｇ．Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｈａｒｄｎｅｓｓｏｆｖａｎａｄｉｕｍｃａｒｂｉｄｅｃｏａｔｉｎｇｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｔｈｅｒｍａｌｄｉｆｆｕｓｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｉｌｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｅｅｌｓｕｂｓｔｒａｔｅ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ—ａｎｄＨｅａｔＴｒｅａｔｍｅｎｔ，２０１０，３１（１）：１５０１５４．李广泽，乌晓燕，陈扬辉，等．反应磁控溅射碳化钒薄膜的微结构—与力学性能［Ｊ］．真空科学与技术学报，２００９，２９（２）：１６８１７２．————ＬＩＧｕａｎｇｚｅ，ＷＵＸｉａｏｙａｎ，ＣＨＥＮＹａｎｇｈｕｉ，ｅｔａ１．Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｖａｎａｄｉｕｍｃａｒｂｉｄｅｆｉｌｍｓｇｒｏｗｎｂｙｒｅａｃｔｉｖｅｍａｇｎｅｔｒｏｎｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ＿Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＶａｃｕｕｍ—ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００９，２９（２）：１６８１７２．吴恩熙，颜练武，胡茂中．氧化钒制取碳化钒的热力学分析［Ｊ］．—硬质合金，２００４，２１（１）：１４．————ＷＵＥｎｘｉ，ＹＡＮＬｉａｎｗｕ，ＨＵＭａｏｚｈｏｎｇ．ＴｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｆｕｓｉｎｇＶ２Ｏ５ａｓｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｔｏｏｂｔａｉｎＶＣ［Ｊ］．Ｃｅｍｅｎｔｅｄ—Ｃａｒｂｉｄｅ，２００４，２１（１）：１４．——［６］ＫＯＮＧＤｅｊｕｎ，ＺＨＯＵＣｈａｏｚｈｅｎｇ．ＴｈｅｓｕｒｆａｃｅａｎｄｉｎｔｅｒｆａｃｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＶＣｃｏａｔｉｎｇｐｒｅｐａｒｅｄｂｙＴＤｐｒｏｃｅｓｓ口］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｄｖａｎｅｅｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍｓ，２０１１，ｌＯ（１）：１８３１９０．［７］孔德军，周朝政．ＴＤ处理制备碳化钒（ＶＣ）涂层的摩擦磨损性能—［Ｊ］．摩擦学学报，２０１１，３１（４）：３３５３３９．——ＫＯＮＧＤｅ－ｊｕｎ，ＺＨＯＵＣｈａｏｚｈｅｎｇ．ＴｈｅｆｒｉｃｔｉｏｎａｎｄｗｅａｒｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＶＣｃｏａｔｉｎｇｐｒｅｐａｒｅｄｂｙａＴＤｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．Ｔｒｉｈｏｌｏｇｙ，—２０１１，３１（４）：３３５３３９．Ｅ８］ＹＡＮＧＭＢ，ＴＡＮＧＬＷ，ＹＡＮＧＨ，ｅｔａ１．ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｕｒｆａｃｅｃｏａｔｉｎｇｆｏｒＣｒｌ２ＭｏＶｓｔｅｅｌｔｒｅａｔｅｄｂｙＴＤ—ｓａｌｔｈａｔｈｖａｎａｄｉｚｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．ＫｅｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ，——２００８，３７３３７４（１）：１９６１９９．——［９］ＷＡＮＧＨｏｎｇ－ｆｕ，ＷＡＮＧＨｕａｃｈａｎｇ，ＰＡＮＣｈｅｎｇ－ｇａｎｇ．Ｖａｎａｄｉｕｍｃａｒｂｉｄｅｃｏａｔｉｎｇｇｒｏｗｔｈｏｎｄｉｅｓｔｅｅｌｓｕｂｓｔｒａｔｅｉｎｂｏｒａｘｓａｌｔｂａｔｈ口］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：Ｍａｔｅｒｉａｌｓ—ＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ，２０１０，２５（４）：５９９６０２．［１Ｏ］龚伟，王一三，王静，等．原位烧结合成（Ｔｉ，Ｖ）Ｃ／Ｆｅ复合材料—的组织及形成机理［Ｊ］．材料热处理学报，２００８，２９（２）：３１３５．—ＧＯＮＧＷｅｉ，ＷＡＮＧＹｉｓａｎ，ＷＡＮＧＪｉｎｇ，ｅｔａ１．Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｆｏｒｍｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆ（Ｔｉ，Ｖ）Ｃ／Ｆｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄｂｙｉｎｓｉｔｕｓｉｎｔｅｒｉｎｇ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＨｅａｔ—Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，２００８，２９（２）：３１３５．［ｎ］刘慧敏，宋振东，许萍，等．ＴＩＣ／７０７５铝基复合材料的磨损实—验研究［Ｊ］．材料工程，２０１１，（７）：６６６９，７４．——ＬＩＵＨｕｉｍｉｎ，ＳＯＮＧＺｈｅｎｄｏｎｇ，ＸＵＰｉｎｇ，ｅｔａ１．ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｆｔｈｅｗｅａｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆＴＩＣ／７０７５Ａ１ｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅ—口］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１１，（７）：６６６９，７４．［１２］ＣＨＥＮＦＳ，ＷＡＮＧＫＬ．ＴｈｅｋｉｎｅｔｉｃｓａｎｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｍｕｌｔｉｃｏｍｐｏｎｅｎｔｄｉｆｆｕｓｉｏｎｏｎＡＩＳＩ１０４５ｓｔｅｅｌ［Ｊ］．ＳｕｒｆａｃｅＣｏａｔｉｎｇｓ——Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９９，１１５（２３）：２３９２４８．—广１３］ＫＷ０ＫＣＫ，ＴＨＯＭＡＳＧ．．Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａ１ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎａｂｒａｓｉｖｅｗｅａｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｈｉｇｈｔｏｕｇｈｎｅｓｓｍｅｄｉｕｍｃａｒｂｏｎｓｔｅｅｌｓｒＡ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎ—ＷｅａｒｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ［Ｃ￣．ＮｅｗＹｏｒｋ：ＬａｗｒｅｎｃｅＢｅｒｋｅｌｅｙＬａｂｏｒａ—ｔｏｒｙ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣａｌｉｆｏｎｉａ，１９８３．１４０１４７．［１４］孙德明，许崇海，杨刘波，等．Ｃｒ３Ｃ２与（Ｗ，Ｔｉ）Ｃ增强氧化铝—陶瓷的摩擦磨损性能［Ｊ］．材料工程，２０１２，（２）：１６１９．———ＳＵＮＤｅｍｉｎｇ，ＸＵＣｈｏｎｇｈａｌ，ＹＡＮＧＬｉｕｂｏ，ｅｔａ１．Ｆｒｉｃｔｉｏｎ—ａｎｄｗｅａｒｂｅｈａｖｉｏｒｏｆＡｌｚＯｓｃｅｒａｍｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓｒｅｉｎ—ｆｏｒｃｅｄｗｉｔｈＣｒ３Ｃｚａｎｄ（Ｗ，Ｔｉ）Ｃ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＥｎｇｉ—ｎｅｅｒｉｎｇ，２０１２，（２）：１６１９．—ｒ１５］ＡＧＨＡＩＥＫＨＡＦＲ１Ｍ，ＦＡＺＬＡＬＩＰＯＵＲＦ．Ｖａｎａｄｉｕｍｃａｒｂｉｄｅ—ｃｏａｔｉｎｇｓｏｎｄｉｅｓｔｅｅｌｄｅｐｏｓｉｔｅｄｂｙｔｈｅｔｈｅｒｍｏｒｅａｃｔｉｖｅｄｉｆｆｕｓｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙｏｆＳｏｌｉｄｓ，—２００８，６９（１０）：２４６５２４７０．基金项目：江苏省科技支撑计划（工业）（ＢＥ２０１２０６６）；常州市应用基础研究计划资助项目（ｃＪ２０１１００１９）——收稿日期：２０１３－０４１１；修订日期：２０１４－０４０４通讯作者：孔德军（１９６６），男，博士，副教授，主要从事模具表面ＴＤ改性处理方面的研究，联系地址：江苏省常州市常州大学机械工程学院——（２１３１６４），Ｅｍａｉｌ：ｋｏｎｇｄｅｊｕｎ＠１６３．ｃｏｒｎ