激光織構(gòu)凸起對316L不銹鋼摩擦性能的影響

供稿人：孫嘯宇,、張航
供稿單位：西安交通大學(xué)機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室
來源：中國機械工程學(xué)會增材制造技術(shù)（3D打�,。┓謺�

武漢特種表面保護(hù)材料及應(yīng)用技術(shù)國家重點實驗室的Wen-Xuan Li等人采用激光加工技術(shù)在316L不銹鋼表面制備了三種形狀織構(gòu)（凹槽,、方坑、圓坑）,，并對部分織構(gòu)表面凸起進(jìn)行了拋光處理（如圖1所示）,，目的是研究加工凸起對316L不銹鋼材料在不同工況和織構(gòu)形狀下表面摩擦學(xué)性能的影響,，并提出了相關(guān)磨損機理。

圖1 三種激光加工制備的表面：（a）—（c）未拋光表面,，（d）—（f）拋光表面

作者將這三種織構(gòu)分為兩組：拋光組和未拋光組,，將他們和沒有織構(gòu)的表面一起在干摩擦、油潤滑和海水潤滑三種工況下,，用摩擦磨損試驗機進(jìn)行測試,。發(fā)現(xiàn)在所有工況下，拋光和未拋光的織構(gòu)試樣的摩擦系數(shù)均比無織構(gòu)的試樣更快達(dá)到穩(wěn)定,，且未拋光的織構(gòu)試樣達(dá)到穩(wěn)定所需的時間最短,。

其次測試還發(fā)現(xiàn)在所有工況下，保留激光加工凸起可以提高316L不銹鋼表面的耐磨性,，其中油潤滑條件下的磨損減少量最大,，為90.7%。主要原因有兩點：1,、激光加工過程極速的升溫和冷卻,，使得表面硬化，提高了耐磨性,；2,、在油潤滑條件下，加工凸起增加了織構(gòu)儲油量,，增強了流體動壓效應(yīng),，從而有效地提高了材料表面的耐磨性。（如圖2所示）

圖2 三種織構(gòu)的拋光和未拋光試樣與無織構(gòu)基底試樣在油潤滑條件下的磨損痕深度

作者接著對測試造成的磨損形貌和磨損機理進(jìn)行分析,，指出在干摩擦工況下,，拋光和未拋光試樣表面的磨損機理都以粘著磨損為主，磨損量最大,；在油潤滑工況下,，表面磨損機理為磨粒磨損，磨損量減�,�,；在海水潤滑工況下，表面磨損機理同樣為磨粒磨損,，磨損量是三種工況中最小的,。（如圖3所示）

圖3 表面織構(gòu)試樣在海水潤滑工況下拋光表面(a)、(c),、(e)和未拋光表面(b),、(d)、(f)表面磨損形貌

激光表面紋理加工不可避免地會產(chǎn)生邊緣凸起。目前,，激光加工凸起一般采用直接拋光的方法去除,，但是這種方法忽略了表面凸起對摩擦副的影響。通過本文的研究,，激光加工凸起對于摩擦性能來說具有積極作用,，因此在一些特殊應(yīng)用場景和工況下，如海底等,，可以視情況減少材料表面的拋光工序,，在提升經(jīng)濟性的同時,，提高材料表面的耐磨性,。

參考文獻(xiàn)：
Li W-X, Liu Y, Duan H-T, et al. Effect of laser texturing bulges on tribological properties of 316L stainless steel[J]. Surface Topography: Metrology and Properties, 2023, 11(1).