Page 17 - 《摩擦学学报》2021年第3期

306 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

样品具体制备步骤. 间距，矩形图案的长宽、纵向间距、横向间距及石墨密

1.1 激光织构柔性石墨纸 度，具体图案和尺寸参数如图2和表1所示. 两种图案
采用激光微加工技术在柔性石墨纸表面加工规 对应的表面石墨密度保持一致，表面石墨密度(ε)的计

则多孔图案，激光选用调Q的Nd：YAG 脉冲激光器. 算公式由式(1)给出.
2
通过多次调试和工艺参数优化，最终确定激光加工参 ε = (1−nS/L )×100% (1)
数如下：激光波长355 nm，功率为9.41 W，脉冲宽度为 式中：S表示每一个独立单元图案的面积；n表示独立
9 μs，扫描速度为200 mm/s，扫描次数为150次. 本试验 织构图案的数量；L是矩形石墨纸的长度，最终获得表
加工了圆形和矩形两种不同规则图案的多孔柔性石 面石墨密度为40%、50%、60%、70%和80%的两种不同
墨纸，图案尺寸参数主要包括圆形图案的直径、中心 图案的多孔石墨纸.

d S b
a

d s 1

(a) Circular textures (b) Rectangular textures
Fig. 2 Schematic diagrams of lasered surface textures of graphite papers
图 2 织构图案示意图

了无表面润滑层的Cu663合金块体材料. 以样品表面
表 1 两种织构图案的尺寸参数
Table 1 The parameter of two micro-patterns 石墨密度命名，如Cu-40G表示具有40%表面石墨密度
s/mm 的表面三维复合润滑层的复合材料.

ε
Circle (d=0.4 mm) Rectangle (a=0.8 mm, b=0.4 mm, d=0.2 mm) 1.3 摩擦学性能测试
40 0.45 0.90
采用美国UMT-3摩擦磨损试验机测试其摩擦学
50 0.50 1.05
60 0.55 1.30 性能，接触方式采用栓-块接触，以往复运动的形式在
70 0.65 1.80
样品表面进行摩擦试验. 选用φ3 mm的不锈钢栓
80 0.80 2.60
(12Cr17Ni7)作为摩擦配副材料，硬度约为200HV，表

面粗糙度约为0.05 μm(R ). 试验工况如下：载荷20 N

a
1.2 表面三维复合润滑层的制备
(对应2.8 MPa的接触压强)，频率为5 Hz(对应滑动平均
将预定质量的Cu663粉体置于钢模具中铺平，再
速度为49.5 mm/s)，线性全振幅为4.95 mm(由仪器所
将激光织构加工后的柔性石墨纸放于顶部，并铺上少 决定的最大行程)，摩擦学测试在室温20 ± 2 ℃以及
量Cu663粉以填充柔性石墨纸孔洞，冷压成型得到铜 25% ± 5%的相对湿度条件下进行. 在摩擦试验开始前
合金基体表面石墨-铜三维润滑层结构材料素胚. 将素 先将所有样品表面抛光，使表面粗糙度R 保持在
a
胚在真空热压烧结炉中进行烧结，烧结温度为795 ℃， 0.1~0.3 μm的范围，并用乙醇棉球清洗表面污物. 作为
压力为23 MPa，保温保压60 min，烧结过程中真空度 比较试验，本试验还研究了相同条件下无表面润滑层
-2
保持在1×10 Pa以下，随炉冷却后得到表面石墨密度 的Cu663合金的摩擦学性能. 同时，在相同测试条件
分别为40%、50%、60%、70%和80%，尺寸为25 mm× 下，考察了材料在标准海水环境中的腐蚀特性和摩擦
25 mm×(4~5) mm的铜基表面石墨-铜三维复合润滑层 学性能. 本试验中所有样品至少测试3次，每次测试结
(Cu-G)的样品，作为对比，采用同样的工艺参数制备 束更换新的配副，试验结果取3次数据平均值.