Page 71 - 《摩擦学学报》2021年第5期

660 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

其横截面形貌近似三角形. 由图4还可以观察到，由于 故在微沟槽附近不可避免地存在极高温度和液相的
激光加工过程中熔化WC-8Co的快速再凝固，微沟槽 热效应区. 这可能表明在激光加工过程中涉及晶粒生
内表面上形成了重铸层. 而微沟槽表面的重铸层被去 长的Ostwald成熟机制，导致微沟槽附近的WC晶粒快

除后，可以发现微沟槽边缘具有不同程度热损伤，这 速生长. 因此，微沟槽的激光加工质量可能影响织构
是高强度的激光脉冲能量导致的. WC-8Co的磨损特性.

图5(a)所示为织构WC-8Co表面上微沟槽边缘的 2.2 摩擦系数和摩擦温度
维氏压痕的光学显微图，图5(b)所示为微沟槽边缘不 图6(a)所示为施加100 N的载荷下，织构和无织构
同距离处的硬度值，其硬度变化表明，激光加工后，微 WC-8Co的摩擦系数随滑动时间的变化关系. 结果表
沟槽边缘的硬度相比于基体的原始硬度有所降低. 距 明，两种试样的摩擦系数在初始磨合过程中均有波动.
离微槽边缘15 μm处的硬度约为1 272 HV，较原始硬 在接下来的滑动过程中，摩擦系数曲线基本上保持相
度下降了约23.3％. 这一现象可能由微沟槽边缘WC晶 对恒定的值. 图6(b)总结了施加载荷对两种WC-8Co样
粒长大造成，因为WC晶粒的原位生长不仅会使WC基 品平均摩擦系数的影响. 可以发现，在各种试验载荷
硬质合金的韧性下降，而且会导致硬度下降. 在WC基 下，无织构WC-8Co的摩擦系数总体高于织构WC-

硬质合金中，WC晶粒的生长通常是由于较小WC晶粒 8Co. 此外，对于无织构的WC-8Co，平均摩擦系数随接
消溶而较大的WC晶粒继续长大，因而颗粒平均尺寸 触载荷的增加而单调增加. 相反，织构WC-8Co在50~
增大，这被称为Ostwald熟化 [19-20] . 在激光加工过程中， 150 N的接触载荷下，平均摩擦系数呈规则的下降趋
由于利用高强度的短激光脉冲来逐渐烧蚀基体材料， 势，而在200 N的载荷下，平均摩擦系数反而会增大.

(a) (b)

Micro-groove Convex region
Recast layer

200 μm 40 μm 200 μm

Fig. 4 (a) The overhead and (b) the cross-section SEM micrographs of the micro-groove on WC-8Co (laser machining
2
parameters: d=110 mm, N=40, V s =4 mm/s, P 0 =1.28 GW/cm )
2
图 4 WC-8Co上微沟槽的(a)表面和(b)横截面扫描电镜图(激光加工参数：d=110 mm, N=40, V s =4 mm/s, P 0 =1.28 GW/cm )

2 000
(a) (b)
Vickers indentation Original hardness
1 800
1 660
1 590
1 575
Micro-groove edge Hardness/HV 1 600 23.3%
1 400
1 200 1 272

1 000
0.05 mm 15 40 65 90
Distance from the edge of micro-goove/μm

Fig. 5 (a) Typical optical micrographs of the Vickers indentations around the micro-groove on the top surface of the textured
WC-8Co, and (b) the Vickers hardness values as a function of the distance from the edge of micro-groove
图 5 (a)织构WC-8Co上表面微沟槽边缘维氏凹痕的光学显微图，(b)微沟槽边缘不同距离处的维氏硬度值