Page 5 - 摩擦学学报2025年第9期

第 9 期 冯芸, 等: G20Mn5QT铸钢激光熔覆316L涂层微动摩擦磨损特性研究 1259

1 试验部分 均为氩气. 激光束波长为1 070 nm，焦距为11.6 mm，

1.1 试验材料 扫描模式为线性扫描，重叠率为40%. 熔覆基体材料
基于轴箱体安装臂与螺栓垫片实际装配条件，本 为G20Mn5QT铸钢板材，尺寸为175 mm×150 mm×
文中上摩擦副为Q355E钢球，球试样直径为15 mm，表 30 mm，熔覆材料为采用气体物化法制备的316L不锈
钢粉末，粉末粒径为53~150 μm，熔覆前将板材置于乙
面粗糙度R 为0.05 μm. 下试样基体材料为G20Mn5QT
a
醇中进行超声清洗，并将粉末置于100 ℃的真空干燥
铸钢，样品通过线切割加工成尺寸为20 mm×10 mm×
8 mm的块状试样. 基于轴箱体安装面和螺栓垫片配合 箱放置2 h. 熔覆涂层的均匀性取决于送粉率、激光功
面装配粗糙度要求，试验前预先使用多级砂纸打磨试 率和扫描速度等 [23] 因素，Fan等 [15] 在G20Mn5QT铸钢
样表面，使基材表面粗糙度(R )不超过0.1 μm，随后将 表面制备了316L熔覆涂层，通过综合对比剖面显微硬
a
试样放置在无水乙醇中，使用超声波清洗干净样品表 度、抗拉性能和磨损率，得出了最佳的熔覆参数：激光
面的杂质后，将样品吹干并放入恒温干燥箱中备用. 功率为2 300 W、扫描速度为500 mm/min、送粉率为
微动摩擦副材料(Q355E/G20Mn5QT铸钢)的主要化学 14 g/min. 316L不锈钢粉末主要化学成分列于表3中，
成分与力学性能参数分别列于表1和表2中. 其形貌的SEM照片如图1所示.

表 1 Q355E/G20Mn5QT铸钢的主要化学成分 表 3 316L不锈钢粉主要化学成分
Table 1 Main chemical composition of Table 3 Main chemical composition of 316L
Q355E/G20Mn5QT cast steel stainless steel powder
Mass fraction/% Mass fraction/%
Materials Materials
C Si Mn Cr Ni Cu Mo Fe C Si Mn P S Cr Ni Mo Fe
Q355E ≤0.18 ≤0.50 ≤0.50 ≤0.80 ≤0.30 ≤0.30 ≤0.12 Bal 316L 0.01 0.72 0.93 0.01 0.03 17.24 10.92 2.54 Bal
G20Mn5QT 0.17~0.23 ≤0.60 1.00~1.60 ≤0.30 ≤0.80 ≤0.30 ≤0.12 Bal

1.2 试验设备及方法
表 2 上下试样的主要机械性能 所有微动磨损测试均在课题组自主研制搭建的
Table 2 Main mechanical properties of upper
切向微动磨损试验机上进行，其架构原理如图2所示.
and lower specimens
试验时，Q355E钢球为上试样，固定于安装上试样夹具
Yield strength, Tensile strength, Elastic modulus, Hardness/
Materials
σ s /MPa σ b /MPa E/GPa HV0.2 的传力臂上，上部法向载荷通过砝码加载，G20Mn5QT
Q355E ≥355 470～630 206 200 铸钢及其316L熔覆涂层为下试样，固定于下试样夹
G20Mn5QT 327 660 203 210
具，上试样球夹具相较下模块保持相对静止，下试样
316L激光熔覆试样试验制备方法与基体试样保 块夹具在音圈电机驱动下做切向往复运动，运动位移
持一致，激光熔覆设备为RFL-C6000 (武汉锐科光纤 由高精度光栅位移传感器传递至电脑端实现位移的
激光技术有限公司)高功率光纤激光器，并配备3个同 闭环控制. 试验载荷通过标定的配重砝码加载，切向
轴喷嘴、粉末进料器以及控制柜等，保护气体和载气 力由压电式力传感器实时采集. 切向位移和摩擦力经

500 μm 50 μm

Fig. 1 SEM micrographs of 316L stainless steel powder
图 1 316L不锈钢粉末的SEM照片