836 工程科学学报，第43卷，第6期 oxidative wear weakens,and abrasive wear becomes dominant.With an increased Fv value,the friction coefficient decreases and wear rate tends to initially rise,which then decreases and finally rises again.Therefore,the best working parameter of the metal rubber prepared using SLM-316L filaments under grease lubrication conditions is Fv=0.04 N'm's,which means that the load is equal to 10N and the friction velocity is 240 mm'min- KEY WORDS friction and wear;316L stainless steel;selective laser melting(SLM);grease lubrication;metal rubber 金属橡胶是由金属丝空间相互勾联而形成的 本文基于SLM技术能够制备形状复杂零件、 一种匀质多孔材料，能可靠地工作在高低温、酸腐 制件特殊的表面孔隙结构对摩擦磨损性能的改善 蚀、油污染、盐雾、强辐射等恶劣环境中.在发挥 和优于常规铸造材料的磨损性能，利用前期研究 减振、隔振功能时，其本质上是内部的金属丝相互 探索出的较为成熟的SLM-316L细丝制备工艺参 之间摩擦耗散能量.金属丝磨损到一定程度会影 数)，制备出表面质量良好的金属丝.针对金属橡 响金属橡胶整体的隔振减振性能，从而缩短其使 胶脂润滑的使用工况，研究SLM-316L细丝在脂润 用寿命-)因此研究金属丝的摩擦磨损性能对于 滑条件下的摩擦磨损性能，探索其在脂润滑条件 提高金属橡胶的使用寿命具有重要意义，目前金 下载荷(F)和摩擦速度()的改变以及载荷和摩擦 属橡胶都是经金属丝螺旋、编织、卷绕、加压成型 速度共同作用的F,因子对其摩擦系数和磨损率 制备而成，成形工艺复杂，难以成形形状复杂的金 的影响规律，并深入分析其磨损机制，为提高SLM 属橡胶) 制备的金属橡胶的使用寿命提供参考 选择性激光熔融(Selective laser melting,SLM 1试验材料与方法 技术具有成型复杂、多种材料、多功能梯度、多尺 度构件的技术优势，广泛应用于实际工程中 1.1试验材料 316L不锈钢由于其具有良好的韧性和耐蚀性成 试验采用SLM技术，通过金属3D打印机EP 为SLM技术最常用的材料之一国内外学者已 M100T对气雾化316L奥氏体不锈钢粉末进行加 经对SLM制件的摩擦性能做了相关研究.Sander 工，316L奥氏体不锈钢粉末的参数见文献]打 等对比了用SLM技术和常规铸造制备的FeCrMoVC 印机配有波长为1030nm的光纤激光器，能够形 工具钢零件的力学性能和摩擦磨损性能，实验得 成φ50um的光斑，打印环境氧气量≤1000mgL 出与传统铸造零件相比，SLM样品具有更高的硬 采用分区棋盘扫描策略，打印工艺参数最优 度和更低的磨损率m.Zhu等研究了SLM-316L不 值如表1所示.制备出直径0.8mm,致密度约为 锈钢零件在润滑接触条件下的摩擦磨损性能，研 99.40%的316L不锈钢丝 究得出SLM样品的晶粒远比传统制造样品的晶 表1SLM工艺参数 粒细小，使其拥有更强的抗磨损性能，同时由于其 Table 1 Process parameters of selective laser melting(SLM) 表面的孔隙结构引起的润滑改善，多孔SLM样品 Laser power/ Scanning Hatch space/ Energy W velocity density/ Form angle/ 的摩擦系数更低⑧对于表面孔隙结构改善润滑的 mm (J'mm) () (mm's) 现象，Huang等认为具有孔隙的表面类似于表面织 100 700 0.080 90 30 构，可以通过空化和吸力效应产生额外动力压力， 及时捕获磨损碎片等机制减少了摩擦磨损9.Lⅰ 1.2摩擦磨损试验 等研究表明表面织构能够增加承载能力，改善润 采用自制的往复式摩擦磨损试验机进行试 滑对提高材料摩擦磨损性能有积极影响0.因此， 验，如图1所示，将两根SLM-316L细丝分别固定 SLM制品表面粗糙度差的固有缺点却能作为天然 在上、下工作台，使其呈90°放置.本试验在室温 织构显著改善材料的摩擦磨损性能.有学者在工 条件下进行，润滑脂采用XY-2固体润滑脂，可以 艺参数对SLM-316L成型质量的影响方面做了充 附着在细丝表面不流失.载荷分别为5、10和15N, 分的研究.黄明吉等实验得出改变扫描间距和能 摩擦速度分别为120、180、240和300 mm'min, 量密度会直接影响成形试样的表面粗糙度、孔隙 不同试验条件下的Fv值如表2所示.试验时间为 率山Zhang等研究表明表面质量取决于激光功率 60min,得到不同条件下摩擦系数和磨损深度随时 和扫描速度2 间变化的曲线，并用磨损深度曲线30min后的斜oxidative wear weakens, and abrasive wear becomes dominant. With an increased Fv value, the friction coefficient decreases and wear rate  tends  to  initially  rise,  which  then  decreases  and  finally  rises  again.  Therefore,  the  best  working  parameter  of  the  metal  rubber prepared using SLM-316L filaments under grease lubrication conditions is Fv=0.04 N·m·s−1, which means that the load is equal to 10 N and the friction velocity is 240 mm·min−1 . KEY WORDS    friction and wear；316L stainless steel；selective laser melting (SLM)；grease lubrication；metal rubber 金属橡胶是由金属丝空间相互勾联而形成的 一种匀质多孔材料，能可靠地工作在高低温、酸腐 蚀、油污染、盐雾、强辐射等恶劣环境中. 在发挥 减振、隔振功能时，其本质上是内部的金属丝相互 之间摩擦耗散能量. 金属丝磨损到一定程度会影 响金属橡胶整体的隔振减振性能，从而缩短其使 用寿命[1−2] . 因此研究金属丝的摩擦磨损性能对于 提高金属橡胶的使用寿命具有重要意义. 目前金 属橡胶都是经金属丝螺旋、编织、卷绕、加压成型 制备而成，成形工艺复杂，难以成形形状复杂的金 属橡胶[3] . 选择性激光熔融 (Selective laser melting，SLM) 技术具有成型复杂、多种材料、多功能梯度、多尺 度构件的技术优势，广泛应用于实际工程中[4−5] . 316L 不锈钢由于其具有良好的韧性和耐蚀性成 为 SLM 技术最常用的材料之一[6] . 国内外学者已 经对 SLM 制件的摩擦性能做了相关研究. Sander 等对比了用 SLM 技术和常规铸造制备的 FeCrMoVC 工具钢零件的力学性能和摩擦磨损性能，实验得 出与传统铸造零件相比，SLM 样品具有更高的硬 度和更低的磨损率[7] . Zhu 等研究了 SLM-316L 不 锈钢零件在润滑接触条件下的摩擦磨损性能，研 究得出 SLM 样品的晶粒远比传统制造样品的晶 粒细小，使其拥有更强的抗磨损性能，同时由于其 表面的孔隙结构引起的润滑改善，多孔 SLM 样品 的摩擦系数更低[8] . 对于表面孔隙结构改善润滑的 现象，Huang 等认为具有孔隙的表面类似于表面织 构，可以通过空化和吸力效应产生额外动力压力， 及时捕获磨损碎片等机制减少了摩擦磨损[9] . Li 等研究表明表面织构能够增加承载能力，改善润 滑对提高材料摩擦磨损性能有积极影响[10] . 因此， SLM 制品表面粗糙度差的固有缺点却能作为天然 织构显著改善材料的摩擦磨损性能. 有学者在工 艺参数对 SLM-316L 成型质量的影响方面做了充 分的研究. 黄明吉等实验得出改变扫描间距和能 量密度会直接影响成形试样的表面粗糙度、孔隙 率[11] . Zhang 等研究表明表面质量取决于激光功率 和扫描速度[12] . 本文基于 SLM 技术能够制备形状复杂零件、 制件特殊的表面孔隙结构对摩擦磨损性能的改善 和优于常规铸造材料的磨损性能，利用前期研究 探索出的较为成熟的 SLM-316L 细丝制备工艺参 数[13] ，制备出表面质量良好的金属丝. 针对金属橡 胶脂润滑的使用工况，研究 SLM-316L 细丝在脂润 滑条件下的摩擦磨损性能，探索其在脂润滑条件 下载荷 (F) 和摩擦速度 (v) 的改变以及载荷和摩擦 速度共同作用的 Fv 因子对其摩擦系数和磨损率 的影响规律，并深入分析其磨损机制，为提高 SLM 制备的金属橡胶的使用寿命提供参考. 1    试验材料与方法 1.1    试验材料 试验采用 SLM 技术，通过金属 3D 打印机 EP￾M100T 对气雾化 316L 奥氏体不锈钢粉末进行加 工 ，316L 奥氏体不锈钢粉末的参数见文献[13] . 打 印机配有波长为 1030 nm 的光纤激光器，能够形 成 ϕ50 μm 的光斑，打印环境氧气量≤1000 mg·L−1 . 采用分区棋盘扫描策略，打印工艺参数最优 值如表 1 所示. 制备出直径 ϕ0.8 mm，致密度约为 99.40% 的 316L 不锈钢丝. 表 1  SLM 工艺参数 Table 1   Process parameters of selective laser melting (SLM) Laser power/ W Scanning velocity/ (mm·s−1) Hatch space/ mm Energy density/ (J·mm−3) Form angle/ (°) 100 700 0.080 90 30 1.2    摩擦磨损试验 采用自制的往复式摩擦磨损试验机进行试 验，如图 1 所示，将两根 SLM-316L 细丝分别固定 在上、下工作台，使其呈 90°放置. 本试验在室温 条件下进行，润滑脂采用 XY-2 固体润滑脂，可以 附着在细丝表面不流失. 载荷分别为 5、10 和 15 N， 摩擦速度分别 为 120、 180、 240 和 300 mm·min−1 ， 不同试验条件下的 Fv 值如表 2 所示. 试验时间为 60 min，得到不同条件下摩擦系数和磨损深度随时 间变化的曲线，并用磨损深度曲线 30 min 后的斜 · 836 · 工程科学学报，第 43 卷，第 6 期