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VAlTiCrMo高熵合金涂层成分调控及高温摩擦学性能研究

高温器件(如航空发动机刷式密封圈)的表面涂层摩擦磨损防护是提高其服役性能和延长使用寿命的关键。相较于传统润滑涂层，高熵合金涂层因具有良好的性能设计灵活性及优异的综合性能成为表面防护的新型高温减摩降磨材料。本文通过在拼靶磁控溅射时调整Mo靶厚度和数量获得不同Mo含量的VAlTiCrMo_x(x=0, 0.6和1.6)涂层。与700 ℃下相对稳定的VAlTiCr涂层相比，添加Mo能促进热驱动下高熵合金涂层中金属的上坡扩散和偏析，形成特殊的层状氧化皮。当Mo成为高熵合金涂层的主成分时，相分离后的表层氧化皮更有可能是在摩擦压力下产生的连续润滑膜。相应的摩擦试验表明，经过一段时间的磨合后，VAlTiCrMo_1.6涂层在700 ℃时的摩擦系数降低到一个较低的值(约0.35)，磨损率相较试验对比涂层下降一个数量级。对预氧化2小时后的VAlTiCrMo_1.6涂层在相同条件下进行摩擦测试，未出现制备态VAlTiCrMo_1.6涂层初始阶段的高摩擦系数，并且在700 ℃下也能获得类似的低摩擦系数。虽然，预氧化VAlTiCrMo_1.6涂层的初始摩擦阶段和制备态VAlTiCrMo_1.6涂层的低摩擦系数阶段相似，但两者是通过产生不同的润滑氧化物来获得相似的摩擦系数。这一对比试验结果表明， VAlTiCrMo_1.6涂层在高温摩擦过程中，力-热耦合促进简单氧化物之间的反应，随后形成具有润滑作用的Al₂(MoO₄)₃等复合氧化物，并决定了涂层的最终摩擦学行为。本工作首次从成分、热和力的角度明确阐明高温下VAlTiCrMo基高熵合金涂层的摩擦学机制。