Page 69 - 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 1323

(a) 4 (b) 12
4.6%
Wear rate/[10 −4 mm 3 /(N·m)] 2 1 1.4% 34.1% 12.5% 23.6% 16.6% 16.6% Wear rate/[10 −7 mm 3 /(N·m)] 8 6 4 69.7% 55.4% 79.9% 81.5%
10
3

64.3%

0 2 0
Oval-L
Triangle-L
Triangle-L
Oval-L
Substrate Triangle-S Layout Oval-S T+O-L T+O-S Substrate Triangle-S Layout Oval-S T+O-L T+O-S
Fig. 6 Wear rates of substrate and textured CuAl10Fe5Ni5 with different texture patterns under
(a) dry friction and (b) PAO8 oil lubrication
图 6 (a) 干摩擦和 (b) PAO8油润滑下基材和织构化CuAl10Fe5Ni5试样磨损率

错织构并未出现协同作用，这是因为在干摩擦情况 图8所示为干摩擦下织构化CuAl10Fe5Ni5试样磨
下，CuAl10Fe5Ni5表面发生剧烈磨损导致织构表面被 损表面形貌的SEM照片. 干摩擦下，在较大接触应力
填充和磨损而失效. 下CuAl10Fe5Ni5表面磨损较为剧烈，受GCr15钢球表
油润滑条件下，基材和织构化CuAl10Fe5Ni5的磨 面硬粗糙峰压入铝青铜表面产生微观切削，CuAl10Fe5
损率结果如图6(b)所示. 织构可为摩擦界面补充润滑 Ni5表面出现大量犁沟，发生磨粒磨损. 同时在往复摩
介质，起“二次润滑”作用，因此相对光滑表面，磨损 擦过程中，CuAl10Fe5Ni5表面可见片状剥落并留下较
率均出现不同程度的降低. 其中采用三角形和椭圆织 大剥落坑，磨屑二次进入摩擦接触面经钢球往复接触
构进行复合设计交错排布后，磨损率降低81.5%，降低 摩擦形成片状黏着物，发生严重的黏着磨损.
幅值高于单一交错排布三角形和椭圆织构磨损率的 图9所示为干摩擦下GCr15上试样钢球在光学显
降幅(分别为55.4%和79.9%)，说明复合织构在油润滑 微镜下磨损形貌照片. 与CuAl10Fe5Ni5基材相对摩擦
情况下改善了摩擦副间的润滑性能 [32-33] . 复合织构采 后，钢球表面磨斑直径为1 165 µm [图9(a)]. 与织构化
用了多种形状进行设计，相较于传统设计方式中单一 CuAl10Fe5Ni5表面相对摩擦后，GCr15钢球磨斑尺寸
形状织构设计能够进一步协同提高表面动压承载能 均出现不同程度减小[图9(b~g)]，但减小幅度不大. 受
力 [4, 17, 34-35] ，提升耐磨性. 与交错排布相比，线性排布的 钢球往复剪切力和摩擦热作用，CuAl10Fe5Ni5表面氧
耐磨性则受织构形状影响，三角织构磨损率更低，而 化，使得钢球表面产生大量黄褐色黏着物.
椭圆织构略高. 2种线性织构的协同作用不如交错布 油润滑情况下基材和织构化CuAl10Fe5Ni5试样
置下显著，磨损率仅降低了4.6%，可能是因为2种织构 表面磨损形貌的光学显微镜和三维照片以及二维轮
的储油能力并不相同，反而在局部形成了乏油区，造 廓图如图10所示. 在往复摩擦过程中，光滑表面油液易

成其相对较高的磨损率. 发生耗散，使得CuAl10Fe5Ni5表面容易与硬质对偶直接
干摩擦下CuAl10Fe5Ni5试样表面磨损形貌的光 接触，表面可见明显的黑褐色磨痕. 磨痕宽度约250 µm，

学显微镜和三维照片以及二维轮廓图如图7所示. GCr15 深度约1 µm，织构表面轮廓变化很小，磨损极为轻微，
钢球和CuAl10Fe5Ni5相对摩擦后，较硬的GCr15钢球和 仅有织构边缘可见磨损变形痕迹. 这是因为在摩擦过
CuAl10Fe5Ni5挤压发生剪切作用后，在CuAl10Fe5Ni5 程中，表面织构储存润滑介质的作用，能够为摩擦界
[36]
表面可观察到许多细小的犁沟. 整体上看，织构化 面补充润滑介质，起“二次润滑”作用 . 同时织构内
CuAl10Fe5Ni5表面磨痕深度和宽度相对基材表面磨 部可见磨屑填充，进一步避免了硬质磨粒的二次损伤.
痕均有小幅度降低，在剪切应力和摩擦热的作用下 图11所示为PAO8油润滑下基材和织构化CuAl10
CuAl10Fe5Ni5表面发生剧烈磨损形成了黑色氧化物. Fe5Ni5试样表面磨损形貌的SEM照片. 在油润滑下，
大部分织构在摩擦磨损过程中被磨平，仅有少量底部 GCr15钢球和CuAl10Fe5Ni5相对摩擦后磨损较为轻
结构得以保留，说明在干摩擦下其耐磨性提升效果并 微，CuAl10Fe5Ni5表面存在细小犁沟，发生了轻微磨
不显著. 粒磨损；织构表面磨痕更为轻微，特别是椭圆+三角