张　博，冀国俊，张　薇

(内蒙古工业大学化工学院，呼和浩特　010051)



烧结温度对不锈钢表面溶胶-凝胶ZrO2纳米薄膜摩擦学性能的影响

张博，冀国俊，张薇

(内蒙古工业大学化工学院，呼和浩特010051)

采用溶胶-凝胶法，在304不锈钢表面制备了分别经500 ℃、600 ℃和700 ℃下热处理的ZrO2薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)和摩擦磨损测试仪，研究了热处理温度对ZrO2薄膜的表面结构和摩擦学性能的影响。结果表明：随着温度的升高，ZrO2晶体结构逐渐由四方相(t-ZrO2)向单斜相(m-ZrO2)转变；当热处理温度从500 ℃升高到700 ℃时，ZrO2薄膜的平均晶粒度略有增大，但都在80 nm左右，晶粒分布趋于均匀致密，且其表面粗糙度由6.3 nm降低至4.6 nm左右。同时ZrO2薄膜的摩擦系数和磨损率分别从0.22和2.24×10-4mm3/Nm逐渐减小为0.19和1.95×10-4mm3/Nm，因而薄膜的抗磨减摩性能也显著提高。

ZrO2纳米薄膜； 溶胶-凝胶； 热处理； 表面形貌； 摩擦学性能

1　引　言

ZrO2薄膜具有透光性好、折射率高、抗激光损伤性好、介电常数高、能带隙宽、声子能量低、熔点高和热导率低等许多优良的物理化学性能[1-3]，近年来在光学器件、催化剂载体、氧气探测器、高温燃料电池、半导体器件等领域得到了广泛的应用[4-6]。另外，ZrO2薄膜的热膨胀系数与多数金属相近，强度和硬度高，化学性质稳定，因而是一种理想的耐磨损、耐腐蚀材料，目前关于其防腐蚀[7-9]及摩擦磨损特性[10-12]等方面的研究也越来越多，成为金属材料表面防护与改性研究的新热点。

目前，ZrO2薄膜常用的制备方法有化学气相沉积法[13]、等离子喷涂法[14]、反应溅射法[15]、电子束蒸发法[16]、脉冲激光沉积法[17]和溶胶-凝胶法[18]等。……