838 工程科学学报，第43卷，第6期 始阶段摩擦系数增长缓慢.随着摩擦试验的进行， 渐增大，接触面积逐渐稳定，在界面处产生均匀摩 由于摩擦生热导致细丝摩擦副之间温度上升，使 擦，从而磨损率降低6对比3种载荷条件下稳定 得固体润滑脂的黏度逐渐下降，其局部剪切应力 阶段对应的磨损率，如图3(c)所示，磨损率在载荷 降低，对细丝之间相对滑动的阻力减小，同时附着 为10N时最小，为0.0575，比载荷为5和15N的 在细丝周围的固体润滑脂能够及时进人摩擦副， 磨损率分别减小约40%、31%. 使得细丝摩擦副之间充分润滑，从而导致摩擦系 图4为3种不同载荷条件下细丝磨损后的表 数逐渐降低，直至稳定在某一数值从3种不同 面形貌图、局部放大图及对应的能谱数据.由 载荷试验的稳定摩擦系数对比来看（图3（©）)，摩 图4(a)看出，在试件表面有与摩擦方向一致的犁 擦系数随载荷的增大而减小，载荷为5N时摩擦系 沟，基本没有磨屑，氧元素的原子分数比较未摩 数最大，稳定在0.52左右，当载荷为10N时摩擦 擦SLM-316L细丝变化不大，这是由于当载荷较 系数下降约30% 小时，上下细丝摩擦表面接触力度不够，导致细 图3(b)为不同载荷下磨损深度随时间变化的 丝之间实际接触面积小，细丝之间间隙较大，润 曲线，可以看出，在0~5min内，磨损深度均快速 滑膜较厚，同时由于摩擦引起的温升较小，润滑 增加，随着摩擦试验的进行，磨损深度增长变缓且 脂的黏度较高，对细丝之间相对滑动的阻力较 呈现线性增长趋势，磨损率基本趋于稳定，这是因 大叨摩擦产生的磨屑能够及时被润滑膜带走， 为在摩擦初期，上下细丝表面突出的颗粒磨损导 防止磨粒进一步磨损试件，因此磨损深度较小， 致材料磨损率较大，随着摩擦的进行，摩擦表面逐 无磨屑且无明显的磨粒磨损痕迹.载荷增大，摩 (a) 25 Atomie fraction Sliding direction 28.3% .9 20 Fe 22.3% 14.6 8 15 5i14.2% .97 c 12.9% 0 Cr7.6% 0.98 200m 0 30m 01234567891011121314 Energy/keV (b) 25 Atomic fraction Sliding direction 0 395 20 0.99 Fe ■28.5% 0.98 213% 5 C4.6% Cr■4.5% 0.96 10 Si0.8 0.92 s0.8% 0.92 200m 30m R驰是 Wear debris 01234567891011121314 Energy/keV Sliding 25 Atomic fraction Certainly direction 0 ■46.2% 0.99 20 Fe 222% 0.99 N 16.6% 0.98 15 C■7.1% 0.98 C■4.9% 0.99 10 Si3.1% 0.98 Grooves e题9 200 30m 0 01234567891011121314 Energy/keV 图4不同载荷下磨损表面的扫描电镜图及能谱图.(a)5N:(b)10N;(c)15N Fig.4 SEM and EDS spectra of the wear surface under different loads:(a)5 N;(b)10 N;(c)15 N始阶段摩擦系数增长缓慢. 随着摩擦试验的进行， 由于摩擦生热导致细丝摩擦副之间温度上升，使 得固体润滑脂的黏度逐渐下降，其局部剪切应力 降低，对细丝之间相对滑动的阻力减小，同时附着 在细丝周围的固体润滑脂能够及时进入摩擦副， 使得细丝摩擦副之间充分润滑，从而导致摩擦系 数逐渐降低，直至稳定在某一数值[15] . 从 3 种不同 载荷试验的稳定摩擦系数对比来看（图 3（c）），摩 擦系数随载荷的增大而减小，载荷为 5 N 时摩擦系 数最大，稳定在 0.52 左右，当载荷为 10 N 时摩擦 系数下降约 30%. 图 3（b）为不同载荷下磨损深度随时间变化的 曲线，可以看出，在 0～5 min 内，磨损深度均快速 增加，随着摩擦试验的进行，磨损深度增长变缓且 呈现线性增长趋势，磨损率基本趋于稳定，这是因 为在摩擦初期，上下细丝表面突出的颗粒磨损导 致材料磨损率较大，随着摩擦的进行，摩擦表面逐 渐增大，接触面积逐渐稳定，在界面处产生均匀摩 擦，从而磨损率降低[16] . 对比 3 种载荷条件下稳定 阶段对应的磨损率，如图 3（c）所示，磨损率在载荷 为 10 N 时最小，为 0.0575，比载荷为 5 和 15 N 的 磨损率分别减小约 40%、31%. 图 4 为 3 种不同载荷条件下细丝磨损后的表 面形貌图、局部放大图及对应的能谱数据. 由 图 4（a）看出，在试件表面有与摩擦方向一致的犁 沟，基本没有磨屑，氧元素的原子分数比较未摩 擦 SLM-316L 细丝变化不大，这是由于当载荷较 小时，上下细丝摩擦表面接触力度不够，导致细 丝之间实际接触面积小，细丝之间间隙较大，润 滑膜较厚，同时由于摩擦引起的温升较小，润滑 脂的黏度较高，对细丝之间相对滑动的阻力较 大[17] . 摩擦产生的磨屑能够及时被润滑膜带走， 防止磨粒进一步磨损试件，因此磨损深度较小， 无磨屑且无明显的磨粒磨损痕迹. 载荷增大，摩 200 μm Sliding direction Grooves 30 μm (a) 200 μm 30 μm Sliding direction Wear debris Grooves (b) 200 μm 30 μm Sliding direction Cracks Grooves (c) 25 O Fe B C Fe O Cr Cr Cr Cr Fe Fe Ni Ni B Ni Ni C Cr 28.3% Atomic fraction Certainly 22.3% 14.6% 14.2% 12.9% 7.6% 0.99 0.98 0.97 0.97 0.99 0.98 20 15 10 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Energy/keV Intensity (counts)/10 3 9 10 11 12 13 14 25 O Fe Ni C Fe C Cr Cr Cr Cr Fe Fe Ni Ni Ni Si S C Cr Si S 39.5% Atomic fraction Certainly 28.5% 21.3% 4.6% 4.5% 0.8% 0.8% 0.99 0.98 0.98 0.98 0.96 0.92 0.92 20 15 10 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Energy/keV Intensity (counts)/10 3 9 10 11 12 13 14 25 O Fe Ni O Fe Fe Cr C Cr Cr Cr Fe Fe Ni Ni Tl Tl Ni Si Si Cr C Si 46.2% Atomic fraction Certainly 22.2% 16.6% 7.1% 4.9% 3.1% 0.99 0.99 0.98 0.98 0.99 0.98 20 15 10 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Energy/keV Intensity (counts)/10 3 9 10 11 12 13 14 图 4    不同载荷下磨损表面的扫描电镜图及能谱图. （a）5 N；（b）10 N；（c）15 N Fig.4    SEM and EDS spectra of the wear surface under different loads: (a) 5 N; (b) 10 N; (c) 15 N · 838 · 工程科学学报，第 43 卷，第 6 期