Page 23 - 摩擦学学报2025年第9期

第 9 期 刘傲, 等: Cr 12 MoV模具钢表面微织构润滑减阻研究 1277

擦力，同时润滑油的响应速度更快，可以更快地适应 z-axis Laser beam
Galvanometric scanner Micro-texture
和调整表面的摩擦条件，在动态负载和频繁启停的工
F-theta objective
况下表现更优. 但过小的油膜厚度不仅增加了摩擦界
x-axis
面间直接接触的风险，而且在长摩状态下可能会由于
Sample
摩擦界面过热而导致润滑油黏度降低甚至失效，增大
摩擦力. 因此，在摩擦界面粗糙度较低、摩擦时长较短 z
y-axis
或有效控制温度的条件下，可以通过提高载荷等方法 x y
适度减小油膜厚度，以此来提升摩擦性能.
Fig. 11 Femtosecond laser processing diagram
图 11 飞秒激光加工示意图
2 试验部分

表 2 激光器主要参数
2.1 试验装置
Table 2 Laser main parameters
图10所示为山东保航机械设备制造有限公司生产
Parameters Specifications
的MZF-1型旋转往复摩擦磨损试验机，机器由主轴驱动 Wavelength/nm 1 030
系统、操作面板系统、施加负载系统、摩擦力测定系统、 Repeat frequency rate/kHz 175
Pulse width/fs 317
温控系统、试验力传感器及摩擦副专用夹具等组成.
Focus position optical plate diameter/μm 70

等；根据测得织构尺寸、织构深度、织构底部粗糙度
以及加工表面是否有毛刺和微裂纹等来判断织构的
加工是否符合试验需求. 检测完成后进行摩擦试验，
安装上下试样，滴加润滑油，在测控软件上设置试验
力、转速和时间等参数；设置加载控制及温度控制，针
对不同间距、不同速度和不同载荷下的4种形貌织构
进行摩擦磨损试验.

3 结果与讨论

Fig. 10 MZF-1 type rotary reciprocating friction and wear 3.1 飞秒激光加工工艺
testing machine 飞秒激光加工有着一定的特殊性，表现为当单脉
图 10 MZF-1型旋转往复摩擦磨损试验机
冲能量过小时无法有效地对Cr MoV模具钢进行去除
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2.2 试件制备及试验流程 加工，而激光的单脉冲能量过大时又会显著增大激光
飞秒激光加工的示意图如图11所示，通过改变激 加工的织构深度. 针对扫描速度50~500 mm/s，填充间
光器的单脉冲能量、扫描速度及填充间距等参数在 距0.003~0.011 mm的条件，对不同单脉冲能量进行了
Cr MoV模具钢表面加工织构，选定的织构形貌及大 多组试验，并使用激光共聚焦显微镜进行测试.
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小参考图1. 飞秒激光器主要参数列于表2中，试样参 通过对Cr MoV模具钢表面织构激光加工工艺的
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数列于表3中. 研究，最终选定的激光加工参数为单脉冲能量16.86 μJ，
试验流程如下：织构加工完成后使用超声波清洗 扫描速度200 mm/s，填充间距0.01 mm. 对正方形、圆
机进行清洗，清洗液为无水乙醇，超声频率为40 kHz， 形、菱形及正六边形4种织构形貌进行加工，其尺寸参
清洗时间为10 min；采用激光共聚焦显微镜(基恩士 考图1. 加工后的试样件共聚焦显微镜照片和织构样
VK-X200K)测量已加工织构的三维形貌和间距大小 件实物照片如图12所示，织构对边距离及圆形织构直

表 3 试样参数
Table 3 Specimen parameters
3
Specimen Materials Density/(kg/m ) Elastic modulus/GPa Poisson's ratio Size/mm
Cylinder pin Radius=3；Height=10
Cr 12 MoV 7 850 210 0.3
Sample block Length×width×height=50×50×10