圖2（略）所示為滑動(dòng)干摩擦條件下磨痕形貌SEM照片。可以看出，磨痕表層均呈現(xiàn)明顯犁溝特征，微切削和犁削是造成涂層材料流失的主要機(jī)制。這是由于在滑動(dòng)磨損過(guò)程中，銷(xiāo)試樣的金剛石磨頭可以磨削涂層中的軟、硬質(zhì)點(diǎn)，并可犁去部分涂層。
在圖2(a和b)中都可觀(guān)察到沿滑動(dòng)方向的塑性流動(dòng)跡象，說(shuō)明等離子熱噴涂鈷基合金涂層的塑性較好；但Greatwall-1涂層中的WC強(qiáng)化相含量較X-40涂層的低，故更易發(fā)生塑性變形。圖2(a)表明金剛石磨頭對(duì)Greatwall-1涂層的層狀結(jié)構(gòu)的犁削和破壞很?chē)?yán)重，而圖2(b)中涂層的犁溝最為平整，顯示X-40涂層的韌性和層間結(jié)合較好。因此在滑動(dòng)摩擦磨損條件下，X-40涂層的耐磨性遠(yuǎn)優(yōu)于Greatwall-1涂層。
Cr3C2-NiCr涂層在滑動(dòng)磨損過(guò)程中形成典型的網(wǎng)狀裂紋[見(jiàn)圖2(c)]。這預(yù)示硬度略高的Cr3C2-NiCr涂層的脆性很大。在壓應(yīng)力和拉應(yīng)力的反復(fù)作用下，脆性涂層易產(chǎn)生微裂紋，并沿層間擴(kuò)展造成涂層的斷裂和剝離，對(duì)其耐磨性不利。但在平穩(wěn)加載試驗(yàn)條件下，裂紋尚未造成Cr3C2-NiCr層狀結(jié)構(gòu)的大片剝離，故其耐磨性雖低于鈷基合金的X-40涂層，卻仍?xún)?yōu)于Greatwall-1涂層。
2.2 沖擊載荷下涂層的耐磨性
在單擺沖擊劃痕條件下，由于劃頭為硬質(zhì)合金，所加載荷的變化率極大(在本試驗(yàn)條件下加載率最高可達(dá)到1×104N/s)，材料磨損機(jī)制包括鑿削和斷裂。比能耗[6]包含表面材料的塑性變形功、斷裂功、新表面形成能以及劃頭與材料間的摩擦功等，能較好地反映材料的抗沖擊和磨粒磨損行為。3種涂層的比能耗e隨劃痕深度變化的關(guān)系曲線(xiàn)如圖3（略）所示。可以看出， 在劃痕較淺時(shí)，比能耗隨著劃痕深度的增加而迅速下降，而達(dá)到一定深度后變化趨于平穩(wěn)。這是由于隨著劃痕深度的增加，劃痕表面積的增長(zhǎng)率低于體積的增長(zhǎng)率，即材料在磨損過(guò)程中消耗在界面上的能量增長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于消耗在體積上的增長(zhǎng)，因而劃痕較深時(shí)表面積增加所造成的影響越來(lái)越小。
采用相同劃痕深度所對(duì)應(yīng)的比能耗或曲線(xiàn)平穩(wěn)變化階段的比能耗作為判據(jù)，對(duì)材料的抗沖擊磨損性能進(jìn)行比較。與平穩(wěn)加載下不同，在本試驗(yàn)范圍內(nèi)，動(dòng)態(tài)加載下Cr3C2-NiCr涂層的抗沖擊磨損性能不如Greatwall-1涂層，可見(jiàn)硬而脆的Cr3C2-NiCr涂層對(duì)沖擊加載條件下的磨損較敏感。
在單擺沖擊劃痕過(guò)程中，劃頭可逐層犁削材料并產(chǎn)生新的表面，相應(yīng)地可以測(cè)得不同的能量損耗，這表明分開(kāi)一定量鍵合原子與消耗的能量有關(guān)。因此可將單位劃痕表面所消耗的能量近似視作材料的內(nèi)聚結(jié)合能，并將其作為涂層內(nèi)聚結(jié)合強(qiáng)度的判據(jù)。計(jì)算每種涂層的兩條劃痕，得到X-40的內(nèi)聚結(jié)合強(qiáng)度判據(jù)為0.100J/mm2，Cr3C2-NiCr的為0.091J/mm2，Greatwall-1涂層的為0.040J/mm2。值得注意的是，上述涂層內(nèi)聚結(jié)合強(qiáng)度判據(jù)排序同涂層的滑動(dòng)磨損性能排序相同。這表明在平穩(wěn)加載條件下，3種涂層的耐磨性可能主要取決于熱噴涂層的層狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)聚強(qiáng)度。
圖4（略）所示為單擺沖擊劃痕條件下3種涂層劃痕的SEM形貌照片。由圖4(a)可見(jiàn)，Greatwall-1涂層在硬質(zhì)劃頭沖擊加載的犁削作用下產(chǎn)生嚴(yán)重塑性變形，劃痕表面出現(xiàn)明顯的層狀剝離現(xiàn)象，大量磨屑被推擠到劃痕兩側(cè)，表明這種涂層的層間結(jié)合力較弱。這是由于Greatwall-1涂層中Si含量較高，Si在噴涂過(guò)程中可能以脆性?shī)A雜相存在于合金相中，影響合金的相互融合所致。X-40涂層在硬質(zhì)劃頭沖擊加載的鑿削和犁削作用下，塑性變形較輕微[圖4(b)]；在劃痕表面出現(xiàn)與滑動(dòng)方向成45°角的細(xì)密微裂紋，被鑿削下來(lái)的少量涂層材料仍保留在劃痕兩側(cè)。表明這種涂層有一定的變形能力，而且其塑、脆性能比較適中。而由圖4(c)可見(jiàn)，Cr3C2-NiCr涂層在硬質(zhì)劃頭沖擊加載的鑿削作用下幾乎不發(fā)生塑性變形，劃痕表面出現(xiàn)與滑動(dòng)方向成45°角的較長(zhǎng)裂紋，大量較薄的層狀脫落出現(xiàn)在劃痕兩側(cè)。被鑿碎的材料完全從基體中脫離，呈現(xiàn)較明顯的脆性斷裂特征。Cr3C2-NiCr涂層的變形能力和韌性最差，這是由碳化鉻的性質(zhì)決定的。