Page 6 - 摩擦学学报2025年第9期

1260 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

(a) (b)
Voice coil Flat Ball Force PCB
motor actuator sample sample Weight Weight arm sensor
support

Φ15 mm (c)
D Ball
Iinear sample
guide Flat
sample
10 mm

10 mm 20 mm

Fig. 2 Schematic diagram of tangential fretting wear test system
图 2 切向微动磨损试验机原理图

去噪和滤波处理传输到上位机控制软件，F -D (摩擦 靶材为Cu靶，衍射峰半高宽(DS)=衍射峰全宽(SS)=1°，
t
力-位移幅值)曲线实时显示微动运行状态. 衍射峰积分强度RS=0.3 mm，扫描速率为2 000 d/min，
为探讨不同位移幅值下G20Mn5QT铸钢和316L 扫描范围为30°~100°. 采用扫描电子显微镜(SEM,
熔覆涂层的切向微动磨损特性，试验选取法向载荷 JEOL JSM-6610LV, Japan)及配套的电子能谱仪(EDS,

F =30 N以及位移幅值D=10、20、40 μm (简称小位移、 OXFORD X-MAX50 INCA-250, Japan)观察磨痕表面、
n
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中等位移和大位移) 进行切向微动磨损试验，为减小 剖面形貌及分析磨痕化学元素成分；采用白光干涉仪
试验误差，所有微动试验严格控制在室温20~25 ℃下 (3D profile，Bruker Contour GT，Germany)采集磨痕的
完成. 相对湿度(RH)控制在55%±10%，音圈电机往复 轮廓特征参数，并可获得磨痕的磨损体积、磨损面积
运动频率(f)为5 Hz，持续时间4 000 s，微动试验总循 和最大磨损深度. 磨损率(W)计算公式如下：
4
环次数为2×10 次. 为确保样本数据的准确性及可靠 V
W = (1)
性，在相同条件下每组试验至少重复3次，试验主要参 F n · N · D
3
数列于表4中. 式中：W为磨损率；V磨损体积(mm )；F 为法向载荷(N)；
n

N为循环次数；D为往复微动的总距离(m).
表 4 试验主要参数
Table 4 Main experimental parameters
2 结果与分析
G20Mn5QT cast steel substrate/
Test materials
316L cladding layer 2.1 316L熔覆涂层微观结构与硬度梯度
Normal load, F n /N 10, 20, 30, 40, 50, 80
图3(a)所示为316L熔覆涂层沿纵深方向的维氏硬
Displacement amplitude, D/μm 10, 20, 30, 40, 50
Frequency, f/Hz 5 度分布，基体层(Substrate, Sub)的平均显微硬度约为
Cycle number, N 20 000
210 HV0.2，热影响区(Heat affected zone, HAZ)的平均
Test environment 20~25 ℃ & 55%RH±10%RH
显微硬度值约为300 HV0.2，熔覆层(Cladding layer,
Friction pair material Q355E
CL)的平均显微硬度约为240 HV0.2，相较于铸钢基体
1.3 微动磨损表征与分析 提升14.3%. 图3(b)所示为对铸钢基体和316L熔覆涂层
本试验中主要采用显微硬度仪(KELITI-000ZB， 试样表面进行物相分析的XRD图谱，铸钢基体主要物
China)测试316L熔覆涂层从表面到心部的显微硬度分 相为γ-Fe，而316L熔覆涂层主要物相为Cr和Fe-Cr相金

布状态；采用X射线衍射仪(XRD，Rigaku Ultima IV， 属化合物(Cr 0.19 Fe Ni 0.11 )等，通过衍射峰面积可知，
0.7
Japan)对G20Mn5QT铸钢基体和316L熔覆涂层进行物 Fe-Cr相金属化合物含量相较原始的γ-Fe相较少，316L
相结构分析，测试电压和电流分别为40 kV和200 μA， 熔覆涂层中析出的少量Cr 0.19 Fe Ni 0.11 新相使熔覆层
0.7