Page 7 - 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 1261

330

HAZ 316L cladding layer
Cladding G20Mn5QT
300 layer Substrate
(111) (200) (220) (311)
Hardness/HV0.2 270 Intensity/a.u. (110) γ-Fe

240
Cr 0.19 Fe 0.7 Ni 0.11
210 (200) Cr (211)

180
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 30 40 50 60 70 80 90 100
Distance from surface/mm 2θ/(°)
(a) Vickers hardness of 316L cladding layer (b) XRD patterns of G20Mn5QT cast steel matrix
along the longitudinal direction with 316L cladding layer
Cladding layer HAZ Substrate
Cladding layer Colummar
crystals
Equiaxed crystals
HAZ Equiaxed
crystals
Plannar
Substrate crystals
100 μm 50 μm 20 μm 20 μm
(c) Metallographic organization of 316L cladding layer
Fig. 3 Characterization of G20Mn5QT cast steel matrix and 316L cladding layer specimen
图 3 G20Mn5QT铸钢基体与316L熔覆涂层试样表征

硬度得到提高. 图3(c)所示为316L熔覆涂层金相组织 初期扁平的平行四边形型逐渐演变为椭圆型，界面的
图，熔覆涂层表面无显著孔洞和裂纹等缺陷，且熔覆 微动状态仍是处于中心黏着与边缘微滑，中心黏着区逐
[25]
层中生成了细长的柱状晶和等轴晶等 多种晶体组 渐减少，局部区域已是三体接触，但二体之间的接触仍
织，这种组织结构的致密性和均匀性使得涂层硬度相 起较大作用，微动运行于混合区(Mixed regime, MR) [29-30] ，

[26]
比基材有着显著的提升 . 此时两接触界面间的摩擦形变主要由材料的弹塑性
2.2 微动运行特性 变形共同协调；相似地，当D=40 μm时，基材及熔覆层
2.2.1 F -D-N曲线分析 的F -D曲线在循环周期内皆呈现为规则的平行四边形
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摩擦力-位移幅值(F -D)曲线可有效地反映微动摩 型，此时微动运行于滑移区(Slip regime, SR) [29-30] ，两接
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擦副接触界面实时运行状态以及材料响应行为，是表 触界面间的摩擦形变主要由材料的塑性变形协调 .
[31]
[27]
征动力学的重要参数 . 图4所示为G20Mn5QT铸钢 因此，在保持法向载荷不变的情况下，随位移幅值的
基体及316L熔覆涂层不同位移幅值下F -D-N曲线， 增加，G20Mn5QT铸钢基体和316L熔覆涂层的微动运
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图5所示为 F -D-N曲线轨迹起点位置以及运动方向示 行状态变化趋势均由部分滑移区、混合区向完全滑移
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意图. 由图4可知，当D=10 μm时，基材及熔覆层F -D曲 区转变，F -D曲线由小位移时的直线型经中等位移时
t
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线均由初始扁平的平行四边形型演变为直线型直至 的椭圆型转变为大位移时的平行四边形型.
循环结束. 循环初期所呈现的扁平的平行四边形型， 2.2.2 摩擦系数曲线
[28]
归因于摩擦副表面存在氧化膜或吸附膜的保护作用 ， 摩擦系数曲线可实时反映微动磨损过程中摩擦
促使接触面发生相对滑动，随循环次数的递增，摩擦 副的接触状态，是评估微动磨损行为的重要动力学响
副表面膜被去除，上下试样直接接触，摩擦力迅速增加， 应参数 [32] . 图6所示为G20Mn5QT铸钢基体及316L熔
接触中心处于黏着状态，F -D曲线最终稳定于直线型， 覆涂层在3种不同位移幅值下的摩擦系数时变曲线.
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微动运行于部分滑移区(Partial slip regime, PSR) [29-30] ， 当D=10 μm时，基体及熔覆层摩擦系数时变曲线均可
此时两接触界面间的摩擦形变主要由材料的弹性变 分为跑合、上升和稳定阶段. 微动开始运行时由于表
形协调；当D=20 μm时，基材及熔覆层的F -D曲线由 面膜的润滑作用导致摩擦系数较小，反映在F -D曲线
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