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.744 北京科技大学学报 第30卷 试样两表面相接触时，由于是宏观线接触且两表面 犁削作用，如图10(a),(b)所示 均具有一定的粗糙度，接触仅发生在粗糙表面的凸 由于316L/YPSZ复合材料中的316L颗粒同 起处或微凸体之间，法向载荷和切向载荷通过接触 YPSZ基体间的界面结合较弱[8)，磨损过程中 点传递.由于复合材料相对较软（其HRC值山低316L颗粒会率先被磨损剥落，形成大量剥落坑，如 于GCr15环)，其表面微凸体易于变形或在重复载 图l0(a)~(c)所示.由微凸体施加于试样表面的摩 荷作用下发生断裂，从而形成较光滑的表面，如 擦力牵引使试样表面层发生剪切变形，变形随载荷 图10(c)中所示的光滑表面.这时接触方式不再是 重复而累积，累积到一定程度时，随着亚表层区域 微凸体对微凸体的“点一点”接触，而成为微凸体对 3 在法向载荷和切向剪切力作用下变形的继续，裂纹 平面的“点面”接触.当较硬的GCr15环表面微凸 会择优在接触面处的表面下形核，由于在接触区下 体与复合材料试样表面相对摩擦时，试样表面上的 存在有三维高压缩应力，不利于裂纹在很接近表面 每一接触点均承受周期性载荷，发生一定程度的微 处形核 (@309%316L b30%316L 000 509%31 40情 20Cu 4 A一316L剥落坑，B一裂纹 图10试样磨损表面sEM形貌（所用316L平均粒径51.6片m,对偶环转速200rmin) Fig.10 SEM images of wear surfaces (mean particle diameter of 316L,51.6/m:rotary speed.200rmin) 裂纹一旦形核，将在外界载荷作用下扩展，通 层裂纹生长的位置控制，而该位置受表面的法向载 常认为，由于在滑动磨损时存在有严重的剪切变形， 荷和切向载荷以及316L颗粒剥落坑引发的YPSZ 裂纹扩展近乎以滑开型（Ⅱ型）方式（平面剪切）扩 基体内部缺陷所控制，随后大片状磨屑在摩擦过程 展，这些裂纹可以扩展至周围YPSZ基体中并同 中又被碾碎成较小的片状磨屑，这种较硬质磨屑在 相邻的其它裂纹连通，如图10(b)所示.当这些相连 继续滑动中可使磨损表面发生磨粒磨损，导致磨损 通的裂纹最后向表面（某些薄弱位置）剪切时，如 表面粗糙，磨损严重2].总而言之，初期磨损的主 图10(c)所示，将沿垂直和平行于磨损表面的方向 要机理是316L不锈钢颗粒剥落、YPSZ基体表面 扩展，最终发生表面断裂，导致YPSZ基体片状剥 断裂层剥，后期磨损还伴有磨粒磨损， 落，在磨损表面形成片层状微观形貌，如图10(a), 随着复合材料316L颗粒体积分数的增多，在 (b)所示，层剥形成的片状磨屑的厚度受压应力表 YPSZ基体中形成的剥落坑数量也会增多，从而造试样两表面相接触时由于是宏观线接触且两表面 均具有一定的粗糙度接触仅发生在粗糙表面的凸 起处或微凸体之间法向载荷和切向载荷通过接触 点传递．由于复合材料相对较软（其 HRC 值［11］ 低 于 GCr15环）其表面微凸体易于变形或在重复载 荷作用下发生断裂从而形成较光滑的表面如 图10（c）中所示的光滑表面．这时接触方式不再是 微凸体对微凸体的“点－点”接触而成为微凸体对 平面的“点－面”接触．当较硬的 GCr15环表面微凸 体与复合材料试样表面相对摩擦时试样表面上的 每一接触点均承受周期性载荷发生一定程度的微 犁削作用如图10（a）（b）所示． 由于316L／Y－PSZ 复合材料中的316L 颗粒同 Y－PSZ 基体间的界面结合较弱［8－9］磨损过程中 316L 颗粒会率先被磨损剥落形成大量剥落坑如 图10（a）～（c）所示．由微凸体施加于试样表面的摩 擦力牵引使试样表面层发生剪切变形变形随载荷 重复而累积．累积到一定程度时随着亚表层区域 在法向载荷和切向剪切力作用下变形的继续裂纹 会择优在接触面处的表面下形核．由于在接触区下 存在有三维高压缩应力不利于裂纹在很接近表面 处形核． A－316L 剥落坑B－裂纹 图10 试样磨损表面 SEM 形貌（所用316L 平均粒径51∙6μm对偶环转速200r·min －1） Fig．10 SEM images of wear surfaces （mean particle diameter of 316L51∙6μm；rotary speed200r·min －1） 裂纹一旦形核将在外界载荷作用下扩展．通 常认为由于在滑动磨损时存在有严重的剪切变形 裂纹扩展近乎以滑开型（Ⅱ型）方式（平面剪切）扩 展．这些裂纹可以扩展至周围 Y－PSZ 基体中并同 相邻的其它裂纹连通如图10（b）所示．当这些相连 通的裂纹最后向表面（某些薄弱位置）剪切时如 图10（c）所示将沿垂直和平行于磨损表面的方向 扩展最终发生表面断裂导致 Y－PSZ 基体片状剥 落在磨损表面形成片层状微观形貌如图10（a） （b）所示．层剥形成的片状磨屑的厚度受压应力表 层裂纹生长的位置控制而该位置受表面的法向载 荷和切向载荷以及316L 颗粒剥落坑引发的 Y－PSZ 基体内部缺陷所控制．随后大片状磨屑在摩擦过程 中又被碾碎成较小的片状磨屑这种较硬质磨屑在 继续滑动中可使磨损表面发生磨粒磨损导致磨损 表面粗糙磨损严重［12］．总而言之初期磨损的主 要机理是316L 不锈钢颗粒剥落、Y－PSZ 基体表面 断裂层剥后期磨损还伴有磨粒磨损． 随着复合材料316L 颗粒体积分数的增多在 Y－PSZ基体中形成的剥落坑数量也会增多从而造 ·744· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷