黄明吉等：SLM-316L细丝脂润滑摩擦磨损性能 839. 擦副之间的接触压力也在逐渐增大，使得细丝表 制为疲劳磨损和氧化磨损，其原因是当摩擦副承 面发生塑性变形，表面的孔隙结构变小，摩擦副 受的载荷较大时，上下细丝之间相对滑动时产生 之间润滑膜厚度逐渐减小，使得润滑膜产生的阻 的热量能够快速地使润滑膜黏度减小，形成稳定 力降低-1分析图4(b)可以看出，试件表面有 的润滑膜，从而使得润滑脂产生的摩擦阻力大幅 较浅的犁沟和少量的磨屑，氧元素的原子分数高 减小，起到减摩抗磨的作用.同时由于摩擦生热 于未摩擦SLM-316L细丝，其磨损机制为磨粒磨 会加剧摩擦表面氧化，生成一层氧化膜，同样能 损和轻微的氧化磨损.图4(c)为载荷15N的扫 够起到薄膜润滑的作用，但会使得试件表面软化 描电镜图和能谱数据，试件表面有轻微的磨痕和 而加快磨损o1 大量的点蚀痕迹，摩擦系数的波动可能是磨粒与 2.2摩擦速度对摩擦磨损性能的影响 摩擦层局部断裂相互作用的结果，氧元素的原子 图5是载荷为10N条件下细丝的摩擦系数和 分数明显高于未摩擦SLM-316L细丝，其磨损机 磨损深度与摩擦速度的关系 0.55 24 (a) -Velocity 120 mm'min 22 (b) 0.50 -Velocity 180 mm.min- 0g5 Velocity 240 mm:min" Velocity 300 mm'min- 16 1 0.35 12 10 0.30 Velocity 120 mm'min- -Velocity 180 mm'min- 0.20 Velocity 240 mm'min- 2 -+Velocity 300 mm'min- 0.15 0 051015202530354045505560 051015202530354045505560 Time/min Time/min 图5不同速度下的摩擦参数图.(a)摩擦系数：(b)磨损深度 Fig.5 Friction parameters for different velocities:(a)friction coefficient;(b)wear depth 由图5(a)可以看出，不同摩擦速度下摩擦系 约为0.1316.其磨损率远远超过其它3种速度.当 数随时间变化的曲线均是先快速增大到最大值， 摩擦速度为240和300 mm'min时，细丝磨损率最 然后逐渐减小，直至达到稳定的摩擦系数.在试验 小并且基本相同，较最大磨损率下降超过56%，但摩 开始0~20min内，摩擦系数曲线震荡剧烈.随着 擦速度为240mm'min时摩擦系数比300 mm'min 试验时间增加，摩擦系数曲线逐渐趋于稳定，在稳 时提高了33%，仅比180 mm'min时的最大摩擦 定值附近上下波动.磨损深度曲线在0~5min内 系数降低9%.因此，SLM-316L细丝在摩擦速度 均急剧增加，随着试验时间增加，磨损深度增长逐 渐变缓，试验进行30min后磨损深度基本呈现线 0.50 0.16 性增长趋势，磨损率基本趋于稳定（图5(b).摩擦 0.45 Frictional coefficient ☒Wear rate 0.14 速度对摩擦系数、磨损深度和磨损率的影响没有 0.40 0.35 0.12 明显规律，图6为摩擦系数的稳定值和不同摩擦 0.10 速度对应的磨损率柱状图.可以看出，摩擦系数和 0.08 磨损率均随速度的增大呈先升后降的趋势.当摩 0.06 擦速度为120和180 mm'min时，摩擦系数曲线随 0.04 时间振荡幅度较大，这是因为此时摩擦速度太低 0.10 0.05 0.02 无法形成流体动力膜提供额外的流体动力升力， 0 60 导致承载能力降低，在一定程度上增大了摩擦阻 120 180 240 300 360 Velocity/(mm-min) 力，因此较低摩擦速度下摩擦系数处于较高水 图6不同速度下摩擦系数稳定值和磨损率柱状图 平.当摩擦速度为l80 mm'min时摩擦系数和磨 Fig.6 Histogram of the stable value of the friction coefficient and wea 损率均最大，摩擦系数最大约为0.39，磨损率最大 rate at different velocities擦副之间的接触压力也在逐渐增大，使得细丝表 面发生塑性变形，表面的孔隙结构变小，摩擦副 之间润滑膜厚度逐渐减小，使得润滑膜产生的阻 力降低[18−19] . 分析图 4（b）可以看出，试件表面有 较浅的犁沟和少量的磨屑，氧元素的原子分数高 于未摩擦 SLM-316L 细丝，其磨损机制为磨粒磨 损和轻微的氧化磨损. 图 4（c）为载荷 15 N 的扫 描电镜图和能谱数据，试件表面有轻微的磨痕和 大量的点蚀痕迹，摩擦系数的波动可能是磨粒与 摩擦层局部断裂相互作用的结果，氧元素的原子 分数明显高于未摩擦 SLM-316L 细丝，其磨损机 制为疲劳磨损和氧化磨损，其原因是当摩擦副承 受的载荷较大时，上下细丝之间相对滑动时产生 的热量能够快速地使润滑膜黏度减小，形成稳定 的润滑膜，从而使得润滑脂产生的摩擦阻力大幅 减小，起到减摩抗磨的作用. 同时由于摩擦生热 会加剧摩擦表面氧化，生成一层氧化膜，同样能 够起到薄膜润滑的作用，但会使得试件表面软化 而加快磨损[20] . 2.2    摩擦速度对摩擦磨损性能的影响 图 5 是载荷为 10 N 条件下细丝的摩擦系数和 磨损深度与摩擦速度的关系. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 Frictional coefficient Time/min Velocity 120 mm·min−1 Velocity 180 mm·min−1 Velocity 240 mm·min−1 Velocity 300 mm·min−1 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 (a) (b) Wear depth/μm Time/min Velocity 120 mm·min−1 Velocity 180 mm·min−1 Velocity 240 mm·min−1 Velocity 300 mm·min−1 图 5    不同速度下的摩擦参数图. （a）摩擦系数；（b）磨损深度 Fig.5    Friction parameters for different velocities: (a) friction coefficient; (b) wear depth 由图 5（a）可以看出，不同摩擦速度下摩擦系 数随时间变化的曲线均是先快速增大到最大值， 然后逐渐减小，直至达到稳定的摩擦系数. 在试验 开始 0～20 min 内，摩擦系数曲线震荡剧烈，随着 试验时间增加，摩擦系数曲线逐渐趋于稳定，在稳 定值附近上下波动. 磨损深度曲线在 0～5 min 内 均急剧增加，随着试验时间增加，磨损深度增长逐 渐变缓. 试验进行 30 min 后磨损深度基本呈现线 性增长趋势，磨损率基本趋于稳定（图 5（b））. 摩擦 速度对摩擦系数、磨损深度和磨损率的影响没有 明显规律，图 6 为摩擦系数的稳定值和不同摩擦 速度对应的磨损率柱状图，可以看出，摩擦系数和 磨损率均随速度的增大呈先升后降的趋势. 当摩 擦速度为 120 和 180 mm·min−1 时，摩擦系数曲线随 时间振荡幅度较大，这是因为此时摩擦速度太低 无法形成流体动力膜提供额外的流体动力升力， 导致承载能力降低，在一定程度上增大了摩擦阻 力[21] ，因此较低摩擦速度下摩擦系数处于较高水 平. 当摩擦速度为 180 mm·min−1 时摩擦系数和磨 损率均最大，摩擦系数最大约为 0.39，磨损率最大 约为 0.1316，其磨损率远远超过其它 3 种速度. 当 摩擦速度为 240 和 300 mm·min−1 时，细丝磨损率最 小并且基本相同，较最大磨损率下降超过 56%，但摩 擦速度为 240 mm·min−1 时摩擦系数比 300 mm·min−1 时提高了 33%，仅比 180 mm·min−1 时的最大摩擦 系数降低 9%. 因此，SLM-316L 细丝在摩擦速度 60 120 180 240 300 360 0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 Frictional coefficient Velocity/(mm·min−1) Frictional coefficient 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 Wear rate Wear rate 图 6    不同速度下摩擦系数稳定值和磨损率柱状图 Fig.6    Histogram of the stable value of the friction coefficient and wear rate at different velocities 黄明吉等： SLM-316L 细丝脂润滑摩擦磨损性能 · 839 ·