Page 68 - 《摩擦学学报》2020年第6期
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第 6 期 沈明学, 等: 表面机械滚压处理(SMRT)316L不锈钢梯度纳米层在腐蚀介质下的摩擦学行为研究 751
(a) (b) (c)
O 50 μm Cr 50 μm Fe 50 μm
Fig. 7 Element distribution on wear surface of SMRT sample under pure water environment
图 7 纯水环境下SMRT试样磨损表面元素分布情况
且该区域氧含量高于图6(a)对应区域. 表明SMRT磨损 表面细晶纳米结构粗化，从而有效协调表层较大的塑
表面在摩擦过程中发生了显著的氧化磨损. 因此，水 性变形，并抑制局部应变和裂纹的扩展；而未SMRT的
润滑工况下316L表面的磨损机制由滚压处理前的磨 粗晶试样在周期性往复摩擦过程中接触区周围晶粒
粒磨损和轻微疲劳磨损转变为滚压处理后的氧化磨 被拉长、细化，无法继续协调高接触载荷和摩擦剪切
损和黏着磨损为主. 力作用下的塑性变形，必然导致表面微裂纹的形成和
在腐蚀介质环境下，腐蚀和磨损的交互作用往往 高摩擦系数、低耐磨性的出现. 一旦表面剥层形成，剥
会导致摩擦副表面损伤的加剧. 由图8(a)可以看出， 落物在摩擦过程中被碾碎并可以充当磨粒，因而磨损
unSMRT试样磨损表面出现了大量的剥落深坑和犁 表面出现了图8(a)中所示的犁沟. 此外，与纯水环境不
沟，几乎布满整个磨损表面的剥落坑形成可能与表面 同，腐蚀介质下磨损表面几乎没有磨屑的堆积现象，
点蚀坑[见图4(a)]的存在有关，点蚀坑内部存储的介质 这可能是由于腐蚀介质能及时溶解摩擦副表面的磨
在受到摩擦挤压作用下利于疲劳裂纹的扩展，从而为 屑所致. 由此可推测，腐蚀介质环境下，滚压处理前的
磨损表面片状剥落的产生提供了有利条件. 然而，SMRT 磨损机制主要为磨粒磨损以及伴随明显剥落特征的
试样在腐蚀环境下的点蚀现象较轻微，如图4(b)所示， 严重疲劳磨损，而滚压处理后磨损机制转变为以轻微
因而剥落坑只出现在局部区域，如图8(b)所示. 事实 剥落为主的疲劳磨损.
上，摩擦过程中表面剥层的形成是由于垂直裂纹与平 图9示出了磨损表面[依次对应图6(a~b)和8(a~b)]
行裂纹交汇所致，而梯度纳米结构层能有效抑制表面 的三维形貌，可知腐蚀介质环境下磨损表面犁沟比纯
疲劳裂纹的萌生，因而可以抵抗磨损过程中的疲劳剥 水环境更深、表面更为粗糙，表明腐蚀作用显著加速
落的发生. 原因在于：一方面，我们先前的研究已证实 了316L不锈钢表面的磨损. 更为重要的是，与unSMRT
由SMRT技术制备的梯度纳米层结构具有较好的疲劳 试样[见图8(a)和8(c)]相比，两种介质环境下SMRT试
断裂韧性，因此纳米层自身可以抑制疲劳裂纹在表面 样 损 伤 均 相 对 轻 微 [见 图 8(b)和 8(d)]. 综 上 所 述 ，
[19]
萌生 . 另一方面，Wang等 研究发现摩擦可以致使 316L不锈钢表面利用SMRT技术制备的梯度纳米层表
[9]
Peeling pit
Peeling pit
Plough
50 μm 50 μm
Peeling pit
Unwear Unwear
500 μm 500 μm
(a) UnSMRT (b) SMRT
Fig. 8 Wear morphologies of the sample with and without SMRT under corrosive medium
图 8 SMRT/unSMRT试样在腐蚀介质下的磨损形貌
