Page 66 - 摩擦学学报2025年第9期

1320 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

工次数为5次，扫描速度为200 mm/s，填充间距为8 μm， 300
脉冲重复频率为25 kHz，加工尺寸d为90 μm，深度为 250
25~30 μm，表面微织构的面密度为5%，如图1(b)所示. 200
完成加工后，分别利用2000目SiC砂纸和微粉规格为 Hardness/HV0.1 150
W0.5的金刚石抛光液对织构化CuAl10Fe5Ni5样品进 100
行研磨和抛光处理，去除织构边缘重铸层，最后使用
50
无水乙醇超声清洗表面残留的颗粒等污染物. 0
Triangle-L
1.2 摩擦磨损试验 Substrate Triangle-S Oval-L Oval-S T+O-L T+O-S
在CFT-I型材料表面性能综合试验平台上采用球- Layout
盘往复接触方式进行摩擦磨损试验，摩擦试验示意图 Fig. 2 Surface hardness of substrate and textured
如图1(c)所示. 摩擦配副选用Φ10 mm GCr15轴承钢球 CuAl10Fe5Ni5 specimens
和CuAl10Fe5Ni5，硬度分别约为650 HV和205 HV. 试 图 2 基材和织构化CuAl10Fe5Ni5试样表面硬度
验参数如下：测试载荷为5 N，往复频率为5 Hz，往复
貌照片，图3(b3~g3)所示为对应不同排布方式织构二
行程为5 mm，测试时间为30 min. 在环境温度为25 ℃，
维截面轮廓图，织构加工所得深度为25~30 μm. 结合
相对湿度为 30%~35%下，分别在干摩擦和PAO8油润
图3中形貌照片和二维截面图可以看出织构加工所得
滑条件下进行基材和织构化CuAl10Fe5Ni5试样摩擦
织构直径和深度与预期设计值大致相同. 由分析加工所
磨损性能测试，每组试验至少重复3次以避免试验偶
得织构二维截面图可知织构边缘轮廓受多次激光作
然性的影响并确保试验结果的可靠性.
用后较为平滑，槽底形貌因多次激光打标后，熔融物堆
1.3 织构化性能和磨损形貌表征
[29]
积于槽底冷却并重新凝固，使得槽底存在尖锐凸起 .
采 用 维 氏 硬 度 计 (Qness Q30A+)测 量 织 构 化
2.3 摩擦磨损性能分析
CuAl10Fe5Ni5样品表面硬度；采用3D激光共聚焦显
图4所示为干摩擦条件下，CuAl10Fe5Ni5试样的摩
微镜(OLYMPUS-OLS-5000)对织构化CuAl10Fe5Ni5
擦系数曲线和平均摩擦系数. 由图4(a)分析发现，GCr15
样品磨损前后形貌和GCr15轴承钢球表面磨斑形貌进
钢球与CuAl10Fe5Ni5基材相对摩擦的摩擦系数曲线
行表征；采用15 kV的场发射扫描电镜(FESEM, SIGMA)
存在较大上下波动. 一方面，这是因为摩擦过程中随
观察CuAl10Fe5Ni5样品表面磨损后微观形貌的扫描
着磨屑产生和积聚，接触面由二体磨损变成三体磨损.
电镜(SEM)照片.
磨屑进入接触区域后，起到了滚动摩擦作用并降低了
2 结果与分析 摩擦阻力，进而减小了接触面间的摩擦系数；另一方
面，GCr15钢球与CuAl10Fe5Ni5摩擦过程中存在较大
2.1 样品表面硬度
剪切阻力以及铜屑产生的黏着阻力，导致摩擦阻力增
图2 所示为基材表面和织构化CuAl10Fe5Ni5试
样表面硬度，由图2可知，织构化CuAl10Fe5Ni5硬度明 大，摩擦系数增加. 在摩擦600 s以内的初始磨合阶段，
显高于基材，主要是因为材料表面经激光多次作用后 接触面积较小，导致应力较大，使得摩擦系数偏大.
能量进行累积产生局部加热效应，表面发生了加工硬 CuAl10Fe5Ni5表面接触应力随着磨合过程中摩擦接
化 . 采用线性布置，表面硬度相对高于交错排布；相 触面积增大而减小，摩擦系数随之出现小幅度降低的
[28]
对单一的形状排布，采用三角形+椭圆织构2种形状进 现象. 在初始磨合阶段，织构化CuAl10Fe5Ni5摩擦系
行复合设计后，样品表面硬度得到进一步提升. 数比基材小，这是因为干摩擦下织构具有容屑作用，
2.2 激光微织构加工形貌 可捕获磨损过程中产生的磨屑，减小磨屑对摩擦表面
[30]
图3所示为基材和织构化CuAl10Fe5Ni5试样光学 的磨损 ；600~1 800 s处于摩擦稳定阶段，由图4(a)可
形貌照片和二维截面轮廓照片. 图3(b1~g1)所示分别 看出不同形状和排布方式织构表面摩擦系数曲线无
为椭圆-线性排布、椭圆-交错排布、三角形-线性排 明显差异，整体变化趋势较为接近，短时间内摩擦系
布、三角形-交错排布和椭圆+三角形-线性排布以及 数不再出现明显下降趋势，因随着摩擦进行，表面织
椭圆+三角形-交错排布方式下织构的光学显微镜照 构剧烈磨损和被磨屑填平，织构容屑作用减弱，且摩
片，图3(b2~g2)所示为不同排布方式织构对应三维形 擦过程中接触区域增大，摩擦接触区域粗糙度逐渐增