Page 70 - 《摩擦学学报》2021年第5期

第 5 期 林国志, 等: 表面微织构对WC-8Co在往复摩擦磨损中粘结-扩散磨损特性的影响 659

表 2 光纤激光器的参数 抛光织构表面，然后通过扫描电子显微镜(SEM, Nova
Table 2 Parameters of the fiber laser Nano430, FEI)观察微观织构的表面和横截面形貌. 用

Parameters Nomenclature Value
图像处理软件Image J 1.43u分析单个微沟槽的立体轮
Wavelength/nm λ 1 064
廓. 此外，用维氏硬度仪以9.8 N的压痕载荷和15 s的
Pulse duration/ns Δt 100
Focused diameter/μm w 0 31.5 持续时间测量了微沟槽周围的显微硬度.

Repetition rate/kHz F 20
1.2 试验方法
2
Power density/(GW/cm ) P 0 0.128～1.28
2 往复式摩擦磨损试验是在微型摩擦仪(SRV IV)
Beam quality/(N/A) M 1
上进行的，图3所示为测试设置的示意图. 摩擦副是直
Power supply Fiber laser Lens group 径为10 mm的两相(+) Ti6Al4V球体. 为消除接触界面
Scanner
中的污染物，试验前先用无水乙醇超声清洗了WC-8Co
样品和Ti6Al4V球体. 此外，用线切割对WC-8Co样品
Focusing lens 进行了切片，然后在其横截面上布置了3个间隔距离
Computer Sample 为1 mm的铬铝热电偶. 随后，将分离的WC-8Co样品
Worktable
组装并固定在微型摩擦仪的工作台上，使Ti6Al4V球
体与安装好的WC-8Co接触，并在垂直于织构WC-
8Co表面微沟槽的方向滑动. 同时，摩擦系数和摩擦温

Fig. 2 Schematic diagram of laser surface texturing on the
度分别通过微摩擦计和温度采集模块(NI USB-9 213)
WC-8Co
进行测量. 在试验中，WC-8Co样品与Ti6Al4V球体之
图 2 WC-8Co表面激光织构化示意图
间的正常接触载荷为50~200 N. 在每个施加的载荷
进行了优化以获得最佳的沟槽几何形状(通过综合考 下，Ti6Al4V球体以10 Hz的频率，3 mm的振幅振荡1 h.
虑宽度、深度和深度/宽度比)，包括离焦距离(D)、扫描 每个滑动参数重复3次.
次数(N)、扫描速度(V )和脉冲功率密度(P ). 为此，通 试验后，用SEM观测每个WC-8Co样品上的磨损
0
s
过正交试验法在WC-8Co上制备了对应于不同控制参 痕迹的微观形貌，磨损碎屑的成分由EDS (Inca300,
#
数的微沟槽. 激光加工后，使用2 000 砂纸仔细抛光样 Oxford)确定. 根据测得的摩擦系数和温度分别计算出
品以去除微沟槽周围溅射出的金属熔化物，并在无水 每个WC-8Co样品的平均摩擦系数和平均摩擦温度.

乙醇中进行超声波清洗. 随后，用光学轮廓仪(SMS
2 结果与讨论
Expert)测量了微沟槽的宽度和深度，并计算了深度/宽
度比. 通过正交试验，确定WC-8Co的最佳控制参数为 2.1 表面微沟槽织构的形貌
2
d=110 μm, N=40, V =4 mm/s, P =1.28 GW/cm . 图4为在WC-8Co上制备的微沟槽织构的表面和
s
0
利用最佳控制参数，在WC-8Co上制备了沟槽间 横截面形貌的SEM照片. 微沟槽织构均匀地排列在
#
距为150 μm的表面沟槽织构. 随后，用2 000 砂纸仔细 WC-8Co的表面，宽度约为25 μm，深度约为100 μm，
a a a=1 mm
Twisted bare thermocouple
P
Textured cermet Sliding direction
Ti6Al4V sphere
Temperature extracting point
Cross-section A-A
Temperature acquisition module
Textured cermet
Computer A A

Fig. 3 Schematic illustration of the sliding wear test
图 3 往复式摩擦磨损试验示意图