316L不锈钢沟槽型表面微织构减摩特性实验研究-
文章编号:１００１-９７３１(２０１５)０２-０２０３３-０５
３１６L 不锈钢沟槽型表面微织构减摩特性实验研究
?
厉一淦１,沈明学１,２,孟祥铠１,２,李纪云１,２,李一晓１,彭旭东１,
２
(１．
浙江工业大学机械工程学院,杭州３１００３２;２．
浙江工业大学过程装备及其再制造教育部工程研究中心,杭州３１００３２)摘一要:一采用激光微加工技术在３１６L 不锈钢光滑表
面上进行沟槽型织构化处理.在往复式摩擦磨损试验机上利用柱-平面接触方式对沟槽型织构和光滑表面进行摩擦磨损对比实验,重点考察了激光表面织构参数对其摩擦性能的影响,同时通过扫描电子显微镜对
磨斑形貌进行了分析.结果表明,与未织构试样相比,织构化表面的摩擦因数均有不同程度减小且表现得更为稳定二磨损相对轻微,这是由于所制备的表面微坑起到了储存润滑介质并捕获磨屑的作用;织构条纹的结构参数对摩擦磨损有重要影响,随着沟槽宽度和沟槽间距的增大,摩擦因数均呈先下降后上升的趋势,而当沟槽宽度为１００μm 和沟槽间距为２００μm 时减摩
抗磨性能最佳;此外,研究表明接触载荷对织构化表面摩擦因数的影响较小,织构化处理对高负载环境下的减摩抗磨性能影响更加显著.
关键词:一表面织构;摩擦磨损;３１６L 不锈钢;
损伤机制
中图分类号:一TH １１７．３
文献标识码:A
DOI :１０．３９６９/j ．issn．１００１-９７３１．２０１５．０２．００７１一引一言
表面磨损是机械零部件最常见的失效形式之一,它对整个系统可靠运行二提升工作效率和延长服役寿
命有重要影响[
１]
.摩擦学和仿生学的相关研究和实践已表明[２-４]
:摩擦副表面并非越光滑就越耐磨;在摩擦
副表面加工出具有一定形貌的织构能够起到捕获磨损颗粒二形成微储油槽以储存润滑介质并产生动压润滑效应进而提高承载能力二降低表面磨损的作用.近年来,表面织构及其摩擦学特性研究受到了广泛的关
注[５-７],表面织构技术可成功应用于发动机[８]
二流体密封[９-１０]二MEMS [１１]二人工关节[１２]二重载齿轮及轴承传动[１３-１４]
等众多领域.
３１６L 不锈钢具有优异的耐蚀性二
良好的高温力学性能,作为摩擦磨损结构件被广泛应用于石油二化工二核工业二航空航天和生物医学等领域.然而,３１６L 不锈钢硬度偏低导致工件表面的耐磨性及承载能力均较差,一定程度上也限制了其在工业领域中的应用.目
前,针对３１６L 不锈钢表面激光织构化对其摩擦学性能
的影响还未见系统报道.本文采用激光微加工法在
３１６L 不锈钢表面制备出不同尺寸的沟槽型表面微织构,并将其在润滑油中与光滑表面进行摩擦磨损对比实验,重点考察了不同织构尺寸对摩擦性能的影响,探索表面织构控制摩擦磨损的可能性并揭示其作用机理,以期为减摩抗磨的摩擦学设计提供理论依据.
２一实一验
２．１一试样表面织构化
实验基材选用３１６L 不锈钢,试样尺寸为５５mm
?３５mm ?５mm ,硬度为HV ０．０５２１０,弹性模量E 为２０６GPa ,织构化处理前试样经研磨和抛光至表面粗糙度R a 约０．０４μm .在LSD５０S 型激光加工系统上进行表面织构,其激光器波长为１０６４nm 二最大激光平
均功率５０W 二调Q 频率２００Hz~５０kHz 二重复精度
?１μm ,
加工参数:脉冲频率为３kHz 二扫描速度为２００μm /s 二
工作电流１８A 二加工次数２次.加工完成后,对试样进行二次抛光处理以去除沟槽边缘的毛刺,
同时测定未去除的沟槽间表面显微硬度值为HV ０．０５２２５左右,
表明激光织构化处理对试样表面硬度的影响较小.织构试样尺寸示意图如图１所示,具体参数
见表１.图２为织构表面三维轮廓形貌.
图１一沟槽型织构表面尺寸示意图
Fi g １Schematic dia g ram of the g roove-textured sur-face
２．２一摩擦磨损性能实验
摩擦学实验在自行研制的新型往复式摩擦磨损试
验机上进行,采用圆柱销-平面摩擦副面接触形式的往复式摩擦磨损,其中上试件为?６．３５mm?２０mm 的相同３１６L 不锈钢圆柱销,实验用销的接触端面初始表
面粗糙度R a 为０．０５μm ,
下试件为经过织构化处理的３１６L 不锈钢平面.实验前上二
下试件均用丙酮超声清洗１０min 二并在润滑介质(Mobil ,１５W-４０机油)中浸３
３０２０厉一淦等:３１６L 不锈钢沟槽型表面微织构减摩特性实验研究
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基金项目:国家重点基础研究发展规划(９７３计划)资助项目(２０１４CB０４６４０４);国家自然科学基金资助项目(５１３０５３９８)
;浙江省重点科技创新团队资助项目(２０１２R１０００２);浙江省自然科学基金资助项目(LQ１３E０５００１３)
收到初稿日期:２０１４-０５-２８收到修改稿日期:２０１４-０９-１８通讯作者:沈明学,E-mail :shenmx＠z j ut．edu．cn
作者简介:厉一淦一(１９６４－)
,男,浙江杭州人,硕士,高级实验师,主要从事摩擦学设计研究.