氧化铝陶瓷在腐蚀环境下的摩擦磨损性能(3)

3、磨损形貌
HCl溶液为润滑介质时Al2O3 陶瓷磨损后的表面形貌如图3 所示。图3a 中摩擦表面破坏严重，存在大量凹坑，这些凹坑是由于微凸体反复接触摩擦时微凸体断裂和晶粒拔出导致的。同时在酸性环境的影响下，Al( OH)3与 Si( OH)4 以及胶状 SiO2 的生成受到抑制与破坏，缺乏这些物质对表面的润滑作用，使摩擦更加剧烈。由于 Al2O3 陶瓷晶粒之间的烧结基质主要包括Al2O3、少量碱金属和碱土金属氧化物，当这些物质被HCl 溶液腐蚀后变得松散，使晶粒之间的连接强度降低，更易发生晶间断裂，故图3b中摩擦表面的晶粒分离度较高，凹坑内晶粒断层明显。图3c是摩擦表面的 三维形貌，直观体现了HCl 溶液对摩擦表面破坏的加剧，该条件下造成的凹坑深度为 10 ～ 40 μm。

NaOH 溶液为润滑介质时，Al2O3 陶瓷磨损后的表面形貌如图4所示，由图4a和图4b可知，NaOH 溶液为润滑介质时Al2O3 陶瓷表面凹坑和破损明显少于HCl 溶液润滑时的摩擦表面，摩擦表面形成了一层连续且致密的铝的氢氧化物薄膜，在3种润滑介质中，其成膜度最高。文献指出润滑膜可以提高摩擦表面的抗剪强度和降低摩擦因数，当抗剪强度提高，摩擦因数降低时，由摩擦引起的塑性变形也将减小。这层铝的氢氧化物受到挤压应力和剪切应力会转化为层状结构，不仅使光滑区面积增加，也避免已经因晶粒拔出产生的凹坑使摩擦条件恶化。图4c 中显示表面凹坑深度为5 ～ 20 μm。

去离子水为润滑介质时，Al2O3陶瓷磨损后的表面形貌如图5所示，图5a 中间部分为挤压应力和剪切应力最大的位置，出现了沿摩擦副运动方向因微犁削导致的划痕，通过多组试验发现，仅在去离子水润滑时可在表面观测到该类摩擦机理。摩擦表面大块凹坑的数量比其他2种润滑介质大幅减少，但在图5b中可见大量由疲劳磨损造成小而深的剥落，晶粒分离度不明显，说明仍有铝和硅的氢氧化物薄膜起润滑和减摩作用。通过图5c所示的三维形貌可知相对于腐蚀溶液，水润滑环境下Al2O3 / Si3N4 摩擦副摩擦后得到的表面粗糙度最小。