等离子喷涂钼涂层温度依赖性摩擦学行为与界面演化机制研究及其高温应用价值

本研究针对Inconel 718合金基体上大气等离子喷涂钼(Mo)涂层在25-500℃范围内的摩擦学性能退化问题，通过原位力学测试、EBSD和MD模拟揭示了温度对Mo/Al2 O3 摩擦副的界面演化规律。发现500℃时MoO3 主导的摩擦层使磨损率降至8.8×10?5 mm3 /N·m，而300℃脆性MoO2 导致严重磨损，为高温机械部件涂层设计提供理论依据。

　　

在高温机械系统如航空发动机和核反应堆中，金属涂层的摩擦学性能直接决定部件寿命。当前面临的核心矛盾是：传统涂层在300-500℃临界温度区间常出现突发性磨损加剧，但学界对温度-磨损机制的关联认知仍存在空白。特别是钼(Mo)涂层虽以高熔点(2623℃)著称，其氧化产物MoO₂
/MoO₃
在摩擦过程中的动态作用机制尚未阐明。

为解决这一难题，研究人员在《Materials Characterization》发表的研究中，创新性地采用多尺度表征方法。通过大气等离子喷涂(APS)在Inconel 718基体制备Mo涂层，建立25-500℃温度梯度实验体系。结合原位摩擦测试、电子背散射衍射(EBSD)和分子动力学(MD)模拟，首次揭示温度通过调控氧化产物类型和晶体取向来主导磨损行为的双刃剑效应。

关键技术包括：1）可控温度摩擦试验机实现RT-500℃原位测试；2）EBSD分析近表面(104)/(100)/(213)织构演变；3）MD模拟位错动力学；4）X射线光电子能谱(XPS)鉴定摩擦层化学成分。

研究结果呈现三大发现：

1. 氧化-磨损关联机制：300℃时MoO₂
   的脆性断裂导致磨损率骤增，而500℃形成的MoO₃
   摩擦层具有自润滑性，使磨损率回归10^?5
   mm³
   /N·m量级。
2. 晶体取向温度效应：EBSD显示摩擦热-应力耦合作用诱导特定织构：(104)面在RT主导，(213)面在500℃优势生长，这种取向差异使高温下位错滑移阻力增加40%。
3. 位错演化特征：MD模拟证实300℃时位错密度峰值达1.2×10¹⁵
   m^?2
   ，而500℃时长程位错网络形成，解释其优异的抗塑性变形能力。

结论部分指出，该研究建立"温度-氧化产物-晶体取向"的三元调控模型，阐明300℃磨损恶化的本质是MoO₂
破坏与(100)织构的协同劣化。实践意义在于：1）提出500℃热处理可优化涂层织构；2）为开发MoO₃
增强复合涂层提供新思路。这项研究不仅填补高温摩擦学理论空白，更为极端环境机械系统的涂层设计制定新标准。