电沉积Ni-SiC复合涂层的摩擦学行为研究：载荷与滑动速度对性能的影响机制及优化策略

推荐：为解决高摩擦应用中表面防护涂层的性能优化问题，研究人员采用循环溶液电沉积(CSD)技术制备Ni-SiC复合涂层，系统研究SiC含量(6.06-12.39 vol.%)、载荷(10-20 N)和滑动速度(0.04-0.12 m/s)对摩擦系数(COF)和磨损率的影响。发现8.65 vol.% SiC涂层硬度达526.5 Hv，高速滑动形成连续摩擦氧化层可降低COF至0.45，为管状部件表面工程提供新思路。

　　

随着现代发动机系统向高强度、耐高压和高效能方向发展，对表面润滑性和耐磨性提出了更严苛的要求。电化学沉积技术因其精确的厚度控制和成本效益成为表面处理的重要手段，其中镍基复合涂层因其优异的机械性能和耐腐蚀性备受关注。然而，镍合金涂层的高内应力易导致开裂，而Ni-SiC复合涂层凭借高硬度和化学稳定性成为研究热点。但传统浸渍沉积(CID)技术在管状基体上存在粒子分布不均等问题，亟需开发新型沉积工艺。

针对这一挑战，国内研究人员在《Journal of Materials Research and Technology》发表研究，采用循环溶液电沉积(CSD)技术在低碳钢管上制备Ni-SiC涂层，通过调节电流密度(5-15 A/dm²)控制SiC含量(6.06-12.39 vol.%)，系统考察载荷(10-20 N)和滑动速度(0.04-0.12 m/s)对摩擦学行为的影响。研究采用扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)表征微观结构，通过球-盘往复摩擦仪测定摩擦系数(COF)和磨损率，并建立3³因子统计模型分析参数交互作用。

3.1 微观结构与硬度
涂层呈现致密无裂纹界面，EDS证实SiC均匀分布。电流密度10 A/dm²时获得最高硬度526.5 Hv，过量SiC(12.39 vol.%)导致粒子团聚使硬度降至476.4 Hv。

3.2 SiC含量与载荷影响
8.65 vol.% SiC涂层磨损率最低(11.55×10^-6 mm³/N·m)，20 N载荷下出现严重剥落和犁沟，EDS显示氧含量升高证实摩擦氧化层形成。

3.3 滑动速度效应
速度升至0.12 m/s时COF降至0.47，SEM显示连续氧化层覆盖磨损轨迹，氧含量达29.7 wt.%，而低速(0.04 m/s)仅局部氧化(24.3 wt.% O)。

3.4 统计与机理分析
Pareto图显示SiC含量对磨损率影响最大(贡献值6.66)，速度对COF主导作用(-7.77)。机理图阐明高速/低载条件下稳定氧化层的保护机制。

该研究创新性地揭示CSD技术制备Ni-SiC涂层的工艺-结构-性能关系，证实8.65 vol.% SiC涂层在高速(0.12 m/s)下兼具低磨损率(9.02×10^-6 mm³/N·m)和稳定COF(0.45)。相比文献报道的5 μm大颗粒涂层，本研究采用的亚微米SiC(0.6-0.8 μm)更适合管件内表面应用，为高摩擦工况下的表面工程设计提供重要理论依据和实践指导。