Page 65 - 《摩擦学学报》2020年第6期

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的显微组织，从图1中可以看到：退火处理后，奥氏体 ZeGageTM Pro HR, USA)测量磨损区域的三维形貌，

粗晶组织明显，取向随机，部分晶粒内存在退火孪晶. 以观察其磨损情况.

2 结果与讨论

2.1 SMRT处理对微观组织和力学性能的影响
图2所示为SMRT试样横截面沿不同深度下的微
观组织结构. 图2(a)示出了表层沿深度分布的OM金相

组织形貌，可知316L不锈钢试样经SMRT加工后表层/
亚表层晶粒尺寸沿深度方向的梯度变化明显，大致可

分为图2(a)中A、B和C 3个区域：首先，A区域(≤180 μm)
100 μm 位于试样最表层，因此它受应力应变影响最大，晶粒
细化程度也最高，光镜下已难辨形貌，图中也可以看
Fig. 1 Annealed microstructure of 316L stainless steel
图 1 316L不锈钢基材退火态显微组织 出细晶组织对腐蚀剂的侵蚀较为敏感，已腐蚀出颜色
较深的纹理；其次，B区域(约在180~350 μm范围内)位
利用滚压装置对试样进行表面纳米化处理，制备 于A区域下方，属细晶过渡区域，可以看出显著的塑性
过程与文献[9]完全相同. 其中：滚珠选用 ϕ8 mm的 变形特征，晶界因晶粒被挤压、拉长、破碎而沿表面方
WC-Co硬质合金球，通过施加逐步递增的压入载荷 向逐渐变得模糊，图下方晶粒内滑移带密集交错；最
(初始接触载荷为0.38 kN，在往返10次滚压过程中逐 后，C区域(≥350 μm)位于B区域下方，该区域内部晶
步加载至1.39 kN). 其中，选择主轴转速为r=360 r/min 粒为粗晶形态，塑性变形量较小，晶界基本保持完整、
定值.
(a) SMRT-suface (b)
1.2 试验方法
(b)
磨损试验前，将SMRT加工后的表面纳米结构试 (c)
样(以下简称SMRT试样，而未经SMRT加工的试样下
A
文称为unSMRT试样)沿横截面切成10 mm长的圆柱试 30 nm
样，并依次用丙酮和酒精进行超声波清洗，并冷风吹
(d) (c)
干，以备后续分析和测试.
利用UMT多功能摩擦磨损试验机在1 mol/L的
HCl腐蚀溶液环境下开展圆柱“十字”交叉接触方式的 B
30 nm
往复摩擦磨损试验，并以纯水环境作为对比参考组，
(d)
用以分析腐蚀在磨损过程中的贡献. 对摩副中上试样
均 为 同 批 次 的 unSMRT试 样 ， 下 试 样 分 别 选 取
SMRT和unSMRT两种试样；试验在室温环境下进行，
法向载荷F =20 N，位移幅值10 mm，摩擦历程2 500 s， C 150 nm
n
往复频率1 Hz. 每次磨损试验前先将上、下试样放置 (e) High density
dislocation
于目标溶液中浸泡2 h作预处理.
利用光学显微镜(OM, AXIO Vert.A1, Germany)
(e)
和透射电镜(TEM, FEI, Tecnai G2 F30, Germany)对试
300 nm
100 μm
样截面微观组织和晶体结构进行分析. 利用纳米压痕
(a) Overall view of gradient structureĠ(b) 10 μmĠ
3
仪(Anton-Paar, NHT , Switzerland)完成微观硬度表征. (c) 50 μmĠ(d) 150 μmĠ(e) 550 μm

磨损试样利用冷场发射高分辨扫描电子显微镜(SEM, Fig. 2 Microstructure of cross-section for the sample
SU8010, Hitachi, Japan)观察磨痕表面形貌，同时采 subjected to SMRT: (a) OM photograph; (b~e) TEM
photographs and its SAED at different depths from the surface
用X射线能谱 (EDX, Xflash 6 160, Bruker, USA) 分析 图 2 SMRT试样横截面微观组织：(a) OM照片；(b~e) 距表
磨损表面摩擦化学作用；利用光学轮廓仪(Zygo, 面不同深度下的TEM照片及SAED