Page 65 - 摩擦学学报2025年第9期

第 9 期 王梦娇, 等: 激光微织构排布方式对铝青铜摩擦学性能影响研究 1319

验及有限元分析发现三角形织构因边缘具有最低的 针对铝青铜基体，干摩擦和油润滑不同润滑状态的表
应力和最好的散热效果，相对于光滑表面具有最低的 面织构排布方式仍有待深入研究.
[17]
摩擦系数. 王丽丽等 设计了圆形+方形周向对应平 本文中以CuAl10Fe5Ni5铝青铜为研究对象，采用
行排列、轴向对应平行排列、周向交错平行排列以及 硬质GCr15钢球组成硬对软摩擦配副，基于现有研究
轴向交错平行排列4种不同排布方式复合织构，结合 发现椭圆和三角形具有较好的承载、耐磨损及抗黏着
模拟及试验发现采用周向对应平行排列可有效增大 性能 [14, 21, 24-27] ，选取椭圆和三角形织构开展不同排布
[18]
轴承承载力及降低轴承摩擦阻力. Wang等 设计了与 方式下干摩擦和油润滑条件下的摩擦磨损试验研究，
摩擦方向呈45°及90°时2种不同排布角度的沟槽织 探究织构排布方式对材料表面摩擦磨损性能的影响，
构，发现采用90°排布角度下能获得最低的平均摩擦 为改善CuAl10Fe5Ni5表面摩擦学性能的研究提供了
[19]
系数和磨损率. Kumar等 在陶瓷刀具表面制备了3种 参考依据和技术支持.
不同角度沟槽织构，结合数值模拟技术及切削试验发
现沟槽织构纹理方向与切屑流动方向倾斜一定角度 1 试验部分
[20]
情况下刀具表面获得最佳加工性能. Tamer等 通过3D 1.1 试验材料及激光织构化样品的制备
技术加工沟槽织构并分别沿沟槽方向(0°)及垂直沟槽 本试验中所用铝青铜(CuAl10Fe5Ni5)采购于嘉善
方向(90°)进行颗粒物侵蚀试验，发现垂直沟槽方向 精诚机械股份有限公司，化学成分列于表1中. 样品尺
(90°)沟槽织构表面侵蚀率较低，表现出较好的抗侵蚀 寸为50 mm×50 mm×15 mm，依次利用400、800、1200、
性能. 综上所述，合理的织构参数设计对改善摩擦副 1500、2000目碳化硅砂纸将样品表面粗糙度抛光至粗
表面的润滑性能至关重要 ，现有研究大多集中于单 糙度(R )约0.05 μm，然后用丙酮和无水乙醇溶液依次
[21]
a
一形状、特定润滑条件下开展表面织构形状、尺寸、深 超声清洗15 min，去除CuAl10Fe5Ni5表面残留的油脂
度和面密度等参数研究. 然而对于织构排布方式，这 和磨粒等污染物. 采用YLP-20f激光打标机对CuAl10
一影响表面润滑特性和油润滑情况下流体压力分布 Fe5Ni5样品进行表面织构加工，激光微织构加工原理
的重要参数，其作用规律和机制尚未得以充分阐明 [22-23] . 如图1(a)所示. 激光工艺参数如下：激光功率为8 W，加

表 1 CuAl10Fe5Ni5试样化学组分
Table 1 The chemical compositions of CuAl10Fe5Ni5 samples
Elements Cu Al Fe Ni Mn
Mass fraction/% Balance 8.0~11.0 3.4~5.5 3.4~6.5 ⩽3.0

(a) (b) d d Oval-L Oval-S
a:b=2:1 √ţ
4π
a= 2d a= (—)d
√ţ
3 3
√ţ
√ţ 2
Computer b= — d b a
Motor 2 a Sliding direction Sliding direction
b
Speculum
Microsecond laser 63.6 μm 63.6 μm Triangle-L Triangle-S
127.3 μm 356.7 μm 121.2 μm 356.7 μm
356.7 μm 356.7 μm Sliding direction Sliding direction
Motor Lens (c) GCr15 ball: 5 N
Φ10 mm Test time: 30 min T+O-L T+O-S
Frequency: 5 Hz
Surface texture
CuAl10Fe5Ni5 Sliding direction Sliding direction

Sliding direction
Fig. 1 Schematic diagrams of (a) laser micro-texture processing, (b) texture distribution of different arrangements,
and (c) friction couples
图 1 (a) 激光微织构加工原理图；(b) 不同排布方式织构分布示意图；(c) 摩擦配副示意图