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0cr17ni7al表面织构化在摩擦中的应用 1 微机械表面织构的研究 在机械安装和系统中，相互接触表界面之间的摩擦磨损行为直接影响整个设备或系统的服务时间、工作效率、负荷和系数。据统计，约80%的零件损坏和40%的能量损失由各种形式的摩擦磨损引起 传统观点认为，摩擦表面越光滑，摩擦和磨损越低，但学者们对仿生学的研究表明，摩擦表面并非越光滑越好，鲨鱼皮、荷叶、贝壳表面等非光滑生物表面形态也具有减摩和耐磨作用 本文针对微机械加工的凹槽织构进行研究，主要分析织构表面摩擦过程中的摩擦系数和磨损量等特性，探究了凹槽织构改性后表面的摩擦和磨损机理。 2 测试方法 2.1 织构加工和超深加工 凹形织构可以通过微机械加工、反应离子刻蚀加工、超声波加工和磨料气射流技术等多种方法制造，微机械加工通过特定的装备和刀具对零件表面特定织构的形状进行制备，是一种成本低廉、加工便利的金属切削加工技术 如图1所示，摩擦磨损试样由精雕JDGR200T高速加工中心加工制备。图2为?0.8mm球头铣刀。表1为精雕高速加工中心的程序设定参数，图3为加工路径，图4为试件盘加工成型的样件。 图5a为加工前盘样件的表面超景深显微形貌，图5b为加工后超景深显微形貌。从图4和图5可以看出，微机械加工的30个凹槽织构环形均布在试验件表面，槽底圆滑平整。 2.2 试样和试验装置 如图6所示，使用MFT-5000摩擦磨损试验台对0Cr17Ni7Al表面微机械凹槽织构的摩擦特性进行试验研究。上试件为钢球，直径9.525mm, 材料ZGr15,硬度HRC61～65,精度G5级。下试件为圆盘，直径50.8mm, 厚度6.35mm, 材料0Cr17Ni7Al, 硬度HRC42～44,表面粗糙度为0.05mm。30个表面凹槽的尺寸为槽宽0.8mm, 槽长12mm, 槽深0.15mm。两个试样相对放置，摩擦试验时上试件固定，盘试样按程序设定的转速旋转(载荷10N,转速30r/min, 运行30min)。 将未织构光滑表面与凹槽织构表面进行对比，使用VHX-2000C超景深三维显微系统观察摩擦副表面的磨损状况，采用白光干涉仪观测磨损形貌，并结合摩擦系数的变化进行分析。 3 试验与结果分析 3.1 表面织构表面试验 相同工况条件下，凹槽织构表面与无织构光滑表面的摩擦系数曲线见图7。在试验初始阶段，光滑表面与织构表面摩擦系数曲线振动幅度变化较大，这是由于两个摩擦试样处于磨合阶段。 结合图8,在相同工况条件下，可得到槽状织构摩擦副与光滑表面不同试验阶段的平均摩擦系数值。由图可以看出，在初始磨合阶段，光滑表面的平均摩擦系数低于凹槽织构表面，这是由于在10N的压力下，对磨件、球与盘始终处于圆面紧密接触状态，光滑表面粗糙度小，故平均摩擦系数较小；而在凹槽织构表面试验时，当球与每条凹槽边缘线面接触时，因10N压力及30r/min转速作用造成“撞击”,产生“咔哒”声，“撞击”是导致摩擦系数曲线振动幅度较大的直接原因。 由图7可知，当试验进行到300s后，摩擦系数曲线平稳，此时试验进入稳定阶段，凹槽织构表面的摩擦系数曲线完全位于无织构摩擦副摩擦系数曲线下方，这是由于随着摩擦试验的进行，摩擦副表面产生的磨屑逐渐增多，在摩擦副表面堆积，加重了磨粒磨损；而凹槽织构表面的磨屑从转盘转动方向进入凹槽内，得到了很好地“储存”,有效缓解了摩擦副表面的磨粒磨损。在磨合阶段，凹槽边缘已与球进行了多次“撞击”,凹槽边缘在“撞击”和摩擦的复合作用下形成圆弧沟，此时凹槽边缘与球由线面接触转变成了面面接触，故在如图8所示的稳定阶段，织构表面平均摩擦系数小于光滑表面。 在整个试验过程中，织构表面平均摩擦系数小于光滑表面，并且与稳定阶段的数值接近，由此可知，随着试验时间的增加，稳定阶段时间逐渐接近于总体时间，故稳定阶段的平均摩擦系数趋近于整个试验过程的摩擦系数平均值。 3.2 表面织构表面典型条件下毛细 图9为相同工况条件下光滑表面与织构表面摩擦副试件基体磨损量对比。由图可以看出，织构表面磨损量略低于光滑表面，出现这种情况的原因是磨合阶段凹槽边缘与球的“撞击”和摩擦导致较大磨屑掉落，此时织构表面的磨损量大于光滑表面；当磨合进入稳定阶段后，凹槽边缘与球由线面接触转变为面面接触，且凹槽具有较好的捕获磨屑能力，该阶段磨损量比较稳定，织构表面的磨损量小于光滑平面。综合两个阶段的磨损情况，凹槽织构表面的总体磨损量比光滑表面稍低。 3.3 表面织构表面可能引起“三体”磨损所致 结合图10的三维磨损以及图11的磨痕深度曲线可以看出，光滑表面和织构表面均出现明显“梨沟”,这是磨屑转移到摩擦副表面形成“三体”磨损所致。织构表面的梨沟比光滑表面更深，原因很可能是在磨合阶段球与凹槽边缘的撞击产生了较大尺寸的磨屑，磨屑滚滑到摩擦接触表面所致。无论光滑表面还是凹槽