微織構(gòu)光固化填充h-BN的巴氏合金表面摩擦學(xué)性能

倪侃，周元?jiǎng)P，2，左雪，2

(1.江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江 212100；2.江蘇科技大學(xué)江蘇省船海 機(jī)械先進(jìn)制造及工藝重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇鎮(zhèn)江 212100)

巴氏合金因具有較低的熱膨脹系數(shù)和摩擦因數(shù)[1]，良好的耐磨性、耐腐蝕性，常被用作滑動(dòng)軸承的主要材料[2]。為使滑動(dòng)軸承能夠適應(yīng)極端或復(fù)雜的工況條件，通過合適的方法來進(jìn)一步提高巴氏合金表面的摩擦學(xué)性能，對(duì)機(jī)器整體性能的提高有著重要的意義。

常見的減摩方法一般是在潤(rùn)滑油中添加具有減摩抗磨性能的WS2、MoS2、LaF、石墨烯[3-6]等固體潤(rùn)滑材料。在摩擦過程中這些固體潤(rùn)滑材料可以增加潤(rùn)滑油的黏度，促進(jìn)潤(rùn)滑油膜的形成，在一定程度上能夠提高潤(rùn)滑性能。但是單純的固體潤(rùn)滑薄膜存在著磨損壽命低等缺點(diǎn)。表面織構(gòu)是利用一些特殊的加工方法在摩擦表面加工出具有一定尺寸、密度和分布方式的圖案造型，是一種提高表面承載力、改善表面摩擦學(xué)性能和延長(zhǎng)磨損壽命的有效方法[7-10]。

研究表明，將固體潤(rùn)滑劑通過一定的技術(shù)方法填充封裝于加工好的表面微織構(gòu)內(nèi)，制備出復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)，在摩擦過程中讓固體潤(rùn)滑劑逐漸釋放出來，可大大提高表面的摩擦學(xué)性能。LI等[11]采用激光在合金表面加工出四葉草形狀的微織構(gòu)，然后利用氣相沉積法將WS2封裝于微織構(gòu)內(nèi)，制備出四葉草/WS2復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)，與單獨(dú)的四葉草織構(gòu)表面相比，復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)的摩擦學(xué)性能進(jìn)一步提高。宋俊杰等[12]在Al2O3陶瓷表面加工出凹坑型微織構(gòu)，并在其中填入復(fù)合潤(rùn)滑劑形成三維復(fù)合潤(rùn)滑層，實(shí)現(xiàn)了陶瓷表面在較大溫度變化范圍內(nèi)的連續(xù)潤(rùn)滑。

上述研究表明復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)的減摩抗磨性能優(yōu)于純織構(gòu)面[13]，因此可以考慮在滑動(dòng)軸承巴氏合金表面制備出復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)來提高其摩擦學(xué)性能。然而巴氏合金熔點(diǎn)較低且表面硬度不高，機(jī)械涂覆、熱壓填充這些常用的填充方法容易造成巴氏合金的表面變形和損傷，不適用于巴氏合金表面固體潤(rùn)滑劑的填充。光固化是在紫外光源照射下，光引發(fā)劑產(chǎn)生具有引發(fā)聚合能力的活性中間體，連接預(yù)聚體和活性稀釋劑，使預(yù)聚體和活性稀釋劑發(fā)生聚合和交聯(lián)反應(yīng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)物質(zhì)由液態(tài)快速轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程[14]。由于光固化過程不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形和化學(xué)腐蝕[15]，在常溫下即可完成固化過程，且固化速度快、結(jié)合強(qiáng)度高、清潔無污染，因此可以采用光固化方法完成巴氏合金織構(gòu)面固體潤(rùn)滑劑的填充。

在制備復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)時(shí)，微織構(gòu)參數(shù)通常會(huì)較大地影響摩擦表面的摩擦學(xué)性能。CHEN等[16]研究了不同密度的織構(gòu)表面對(duì)摩擦學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)織構(gòu)密度越低的表面摩擦因數(shù)越小，但隨著織構(gòu)密度的增加，耐磨性隨之增加。蔣雯等人[17]對(duì)不同尺寸的微織構(gòu)面進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)較大尺寸的微織構(gòu)表面表現(xiàn)出較好的摩擦學(xué)性能，摩擦因數(shù)較小，磨損壽命也較長(zhǎng)。付景國(guó)等[18]的研究表明，表面具有合適規(guī)則微織構(gòu)時(shí)可以提高摩擦學(xué)性能，但微織構(gòu)尺寸和密度需在一定范圍內(nèi)，保證合適的織構(gòu)間距，否則將適得其反。

從以上研究可知，合理的織構(gòu)參數(shù)能夠使復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)的減摩潤(rùn)滑性能達(dá)到最佳，對(duì)織構(gòu)參數(shù)的研究具有十分重要的意義。因此，本文作者利用激光在巴氏合金表面加工出凹坑型微織構(gòu)，利用光固化的填充方法將h-BN(六方氮化硼)固體潤(rùn)滑劑填充于微織構(gòu)凹坑內(nèi)，制備出復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)，并考察了織構(gòu)密度及尺寸對(duì)復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)摩擦學(xué)性能的影響，分析了其減摩潤(rùn)滑機(jī)制。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 織構(gòu)化表面的制備

試驗(yàn)選用巴氏合金作為基材，加工成20 mm×20 mm×10 mm的試樣，依次利用800、1 000、1 500、2 000目金相砂紙對(duì)其表面研磨拋光，然后在乙醇溶液中利用超聲波清洗儀清洗10 min。測(cè)量試樣的顯微硬度約為14.6HV。采用Nd：YAG型納秒激光器對(duì)試樣進(jìn)行織構(gòu)化處理，然后用1 500目砂紙對(duì)織構(gòu)化試樣表面進(jìn)行研磨拋光，以除去激光加工中形成的金屬熔渣。激光器加工的脈沖頻率為20 kHz，脈寬為10～15 ns，激光功率為50 W，掃描速度為500 mm/s，掃描次數(shù)為150次，光斑大小為0.05 mm。織構(gòu)化試樣表面形貌如圖1所示，可見在巴氏合金表面加工出了規(guī)則的凹坑型微織構(gòu)。通過激光加工，文中制備了直徑分別為200、300和500 μm，凹坑深度為90～100 μm，織構(gòu)密度分別為10%、20%和30%的凹坑型微織構(gòu)系列試樣。

圖1 不同凹坑直徑的織構(gòu)化表面形貌Fig.1 The morphologies of the textured surfaces with different diameters of dimples：(a)φ=200 μm；(b)φ= 300 μm；(c)φ=500 μm

1.2 復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)的制備

選用2-丙烯酸、2甲基-，1-[1-(羥甲基)-1，2-乙二基]脂(50%)作為光固化預(yù)聚體，三甘醇二-2-甲基丙烯酸酯(45%)作為光固化活性稀釋劑，(1-甲基亞乙基)雙(4，1-苯氧基-3，1-亞丙基)雙甲基丙烯酸酯(3%)作為光引發(fā)劑，并加入少量有利于提高復(fù)合材料的性能和增加黏結(jié)強(qiáng)度的硅烷處理的玻璃粉末(2%)，制得紫外光固化樹脂黏結(jié)劑，將制得的黏結(jié)劑與乙酸乙酯按質(zhì)量比3∶1混合稀釋，再將稀釋后的光固化樹脂黏結(jié)劑和h-BN固體潤(rùn)滑劑按質(zhì)量比1∶2混合制得液態(tài)潤(rùn)滑劑，將其均勻涂抹于微織構(gòu)凹坑內(nèi)，用LED光固化器對(duì)涂有液態(tài)潤(rùn)滑劑的微織構(gòu)表面進(jìn)行180°的照射固化，功率為5 W，紫外線波長(zhǎng)為400 nm，照射距離為0.5～2 cm，照射時(shí)間為80～120 s。固化完成后研磨拋光除去織構(gòu)表面多余的潤(rùn)滑劑，制備出復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)如圖2所示，可以看出，光固化填充后，微織構(gòu)凹坑內(nèi)充滿了h-BN固體潤(rùn)滑劑且填充均勻。

圖2 不同凹坑直徑的復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)表面形貌Fig.2 The morphologies of the composite lubrication structure surfaces with different diameters of dimples：(a)φ=200 μm； (b)φ=300 μm；(c)φ=500 μm

1.3 摩擦試驗(yàn)

試驗(yàn)在FTM M30可控潤(rùn)滑摩擦試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，如圖3所示。摩擦對(duì)偶件的上試樣采用φ6 mm×16 mm的躺式45鋼圓柱銷釘，其表面粗糙度Ra約為0.1 μm，顯微硬度為260HV，接觸面為圓柱側(cè)面。下試樣為制備的復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)、純織構(gòu)面和未織構(gòu)面試樣。不同織構(gòu)試樣的參數(shù)如表1所示。試驗(yàn)選擇往復(fù)式運(yùn)動(dòng)模塊，設(shè)置往復(fù)頻率為5 Hz，往復(fù)路徑為7.5 mm，采樣頻率為50 Hz，加載壓力分別為60、80、100、120、140 N。試驗(yàn)中，采用CD20W-50型潤(rùn)滑油對(duì)摩擦副進(jìn)行持續(xù)富油潤(rùn)滑，油溫控制在40～50 ℃。

圖3 摩擦試驗(yàn)機(jī)示意Fig.3 Schematic of friction testing machine

表1 巴氏合金試樣參數(shù)Tab.1 Parameters of Babbitt alloy samples

2 結(jié)果與討論

2.1 織構(gòu)表面硬度分析

選取微織構(gòu)凹坑附近的9個(gè)點(diǎn)測(cè)量其硬度，如圖4(a)所示，測(cè)量結(jié)果如圖4(b)所示。距離微織構(gòu)凹坑邊緣最近的測(cè)點(diǎn)1硬度為18.8HV，相較于未織構(gòu)面硬度提升了29%，該硬度的提升將會(huì)對(duì)巴氏合金面的耐磨性能起到重要作用。然而距離微織構(gòu)凹坑最遠(yuǎn)的測(cè)點(diǎn)9的表面硬度為15HV，硬度未發(fā)生明顯的變化，在摩擦過程中，該區(qū)域的摩擦磨損會(huì)較為嚴(yán)重。這是因?yàn)樗矐B(tài)激光能量束的作用，使得巴氏合金表面發(fā)生了相變和硬化作用，且距離激光束的位置越近，能量越高，硬化現(xiàn)象越為明顯。

圖4 測(cè)點(diǎn)選取及微織構(gòu)凹坑附近的表面硬度Fig.4 Selection of measurement points(a) and surface hardness around micro-textured dimples(b)

2.2 不同表面的摩擦性能比較

不同類型表面的試樣的摩擦因數(shù)曲線如圖5所示。未織構(gòu)試樣的摩擦因數(shù)在運(yùn)行一定時(shí)間后急劇增加，純織構(gòu)試樣的摩擦因數(shù)有明顯的不穩(wěn)定趨勢(shì)，而復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)試樣在整個(gè)運(yùn)行過程中保持著較低且穩(wěn)定的摩擦因數(shù)。對(duì)于復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)試樣，織構(gòu)密度越大，摩擦因數(shù)越低且越穩(wěn)定。

圖5 不同表面試樣的摩擦因數(shù)Fig.5 Friction coefficient of the samples with different surfaces

2.3 織構(gòu)密度對(duì)摩擦學(xué)性能的影響

分別對(duì)不同參數(shù)的復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)做了對(duì)比試驗(yàn)，為了保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，每種工況下的試驗(yàn)重復(fù)3次，對(duì)試驗(yàn)測(cè)得的摩擦因數(shù)計(jì)算其平均值，結(jié)果如圖6所示?？梢钥闯觯S著載荷的增加，摩擦因數(shù)總體呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)，這是因?yàn)檩d荷的增加使得油膜更容易發(fā)生破裂，潤(rùn)滑性能下降；當(dāng)載荷增加到140 N時(shí)，摩擦表面接觸點(diǎn)的真實(shí)數(shù)量大大增加，大多數(shù)接觸點(diǎn)的壓力相較于原壓力有所降低，塑性形變減小，摩擦力減小，摩擦因數(shù)下降。對(duì)于凹坑直徑為200 μm的復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)，織構(gòu)密度為20%時(shí)潤(rùn)滑效果最好；對(duì)于凹坑直徑為300和500 μm的復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)，摩擦因數(shù)隨著織構(gòu)密度的增加逐漸降低。

圖6 凹坑直徑為200、300、500 μm時(shí)不同織構(gòu)密度試樣的摩擦因數(shù)隨載荷的變化Fig.6 Variation of friction coefficient with load for the textured samples with different dimple densities at the dimple diameter of 200 μm(a)，300 μm(b)，500 μm(c)

凹坑直徑分別為200、300、500 μm時(shí)不同織構(gòu)密度試樣的磨損量隨載荷的變化如圖7所示。

由圖7可以看出，隨著載荷的增加，磨損量逐漸增加，這是因?yàn)檩d荷增加，微織構(gòu)凹坑不能有效地存儲(chǔ)磨粒，導(dǎo)致磨損加劇。對(duì)于微織構(gòu)凹坑直徑為200 μm的復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)，隨著織構(gòu)密度的增加，磨損量先減小后增大，織構(gòu)密度為20%時(shí)，減磨效果最佳；微織構(gòu)凹坑直徑為300和500 μm的復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)，織構(gòu)密度為30%時(shí)，磨損量最小。

圖7 凹坑直徑分別為200、300、500 μm時(shí)不同織構(gòu)密度試樣的磨損量隨載荷的變化Fig.7 Variation of wear mass loss with load for the textured samples with different dimple densities at the dimple diameter of 200 μm(a)，300 μm(b)，500 μm(c)

上述研究結(jié)果表明，較高織構(gòu)密度的復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)可以儲(chǔ)存較多固體潤(rùn)滑劑，在摩擦過程中，能夠不斷地向表面提供h-BN固體潤(rùn)滑劑，形成連續(xù)穩(wěn)定的固體潤(rùn)滑薄膜；同時(shí)隨密度增大，凹坑間距減小，固體潤(rùn)滑劑更易于在凹坑間表面補(bǔ)充形成潤(rùn)滑膜。但是對(duì)于凹坑直徑200 μm的復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)，織構(gòu)密度達(dá)到30%時(shí)，其凹坑間距僅為120 μm，接觸面積減小，壓力增大，h-BN固體潤(rùn)滑劑難以有效地釋放，不利于維持連續(xù)穩(wěn)定的固體潤(rùn)滑薄膜。因此合理的織構(gòu)密度能保證復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)具有最合適的凹坑間距，更好地起到減摩抗磨的作用。

2.4 織構(gòu)尺寸對(duì)摩擦學(xué)性能的影響

織構(gòu)密度為10%、20%、30%時(shí)，不同凹坑直徑試樣的摩擦因數(shù)隨載荷的變化關(guān)系如圖8所示。當(dāng)織構(gòu)密度為10%和20%時(shí)，微織構(gòu)凹坑直徑為200 μm的復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)摩擦因數(shù)最小，當(dāng)織構(gòu)密度為30%時(shí)，凹坑直徑較大的復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)摩擦因數(shù)較小。

圖8 織構(gòu)密度為10%、20%、30%時(shí)不同凹坑直徑試樣的摩擦因數(shù)隨載荷的變化Fig.8 Variation of friction coefficient with load for the textured samples with different dimple diameters at the dimple density of 10%(a)，20%(b)，30%(c)

織構(gòu)密度為10%、20%、30%時(shí)，不同凹坑直徑試樣的磨損量隨載荷的變化如圖9所示?？棙?gòu)密度為10%時(shí)，磨損量隨著凹坑直徑的增加而增加，織構(gòu)密度為20%時(shí)，隨著凹坑直徑的增加，磨損量先增加后減小，這2種織構(gòu)密度下均是凹坑直徑為200 μm時(shí)磨損量最?。划?dāng)織構(gòu)密度達(dá)到30%時(shí)，凹坑直徑為500 μm時(shí)磨損量達(dá)到最小。

圖9 織構(gòu)密度為10%、20%、30%時(shí)不同凹坑直徑試樣的磨損量隨載荷的變化Fig.9 Variation of wear mass loss with load for the textured samples with different dimple diameters at the dimple density of 10%(a)，20%(b)，30%(c)

上述研究結(jié)果表明，織構(gòu)密度小于20%時(shí)，對(duì)于較大凹坑直徑的復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)，其表面的凹坑間距較大，形成的固體潤(rùn)滑薄膜受到的張力較大，油膜厚度較薄，在摩擦過程中可能會(huì)發(fā)生破裂，降低潤(rùn)滑性能。然而較小的凹坑直徑如200 μm復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)則具有較合適的凹坑間距從而有利于連續(xù)的固體潤(rùn)滑薄膜的形成。當(dāng)織構(gòu)密度達(dá)到30%時(shí)，凹坑直徑200 μm的凹坑間距過小，摩擦副接觸面積較小，壓力增大，h-BN固體潤(rùn)滑劑不易在摩擦過程中被拖拽至巴氏合金表面，不能及時(shí)補(bǔ)充維持固體潤(rùn)滑薄膜，形成的潤(rùn)滑膜不夠穩(wěn)定，此時(shí)凹坑直徑較大的復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)具有更好的減摩潤(rùn)滑效果。

2.5 磨損表面分析

復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)與未織構(gòu)試樣的磨損表面3D形貌如圖10所示。可以看出：復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)磨痕處的磨損輕微，微織構(gòu)凹坑形貌保留完整，無明顯剝落現(xiàn)象。從微織構(gòu)凹坑內(nèi)的高度差可以看出，在摩擦過程中微織構(gòu)凹坑內(nèi)的h-BN固體潤(rùn)滑劑含量減少，且相比較而言，織構(gòu)密度較大的復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)磨損更輕微。這是因?yàn)樵谀Σ吝^程中，由于摩擦副之間的拖拽作用和摩擦熱量的產(chǎn)生，微織構(gòu)凹坑內(nèi)填充的h-BN固體潤(rùn)滑劑緩慢釋放至復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)表面和潤(rùn)滑油液中，從而不斷地在表面補(bǔ)充形成連續(xù)穩(wěn)定的固體潤(rùn)滑薄膜，使巴氏合金表面和45鋼表面呈現(xiàn)分離狀態(tài)，減輕磨損，延長(zhǎng)復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)的磨損壽命。同時(shí)可以看出，在未織構(gòu)試樣表面的磨斑處已有較深的犁溝和磨屑存在，這是因?yàn)樵谀Σ吝^程中形成的潤(rùn)滑膜容易消耗破裂導(dǎo)致巴氏合金表面直接與45鋼表面接觸，產(chǎn)生磨粒磨損和黏著磨損。

圖10 復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)與未織構(gòu)試樣磨損表面形貌Fig.10 Surface morphologies of wear tracks for the composite lubrication structure and untextured samples：(a) composite lubrication structure，φ=200 μm； (b)composite lubrication structure，φ=300 μm； (c)composite lubrication structure，φ=500 μm； (d)untextured sample

2.6 減摩機(jī)制分析

不同摩擦階段潤(rùn)滑膜的組成及形成過程如圖11所示。在試驗(yàn)開始階段，45鋼銷表面和巴氏合金復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)處于磨合階段，摩擦劇烈，磨損較為嚴(yán)重，該階段的潤(rùn)滑膜由基礎(chǔ)潤(rùn)滑油促進(jìn)形成，較為薄弱容易消耗破裂。在后續(xù)摩擦過程中，h-BN固體潤(rùn)滑劑從微織構(gòu)凹坑內(nèi)緩慢釋放至潤(rùn)滑油液中，提高了潤(rùn)滑油膜的承載力，且其在摩擦表面形成的固體潤(rùn)滑薄膜抗剪切能力強(qiáng)，作為摩擦副的中間介質(zhì)，在油膜較薄處可有效避免摩擦副表面直接接觸產(chǎn)生劇烈磨損。

圖11 不同摩擦階段潤(rùn)滑膜的組成及形成過程Fig.11 Composition and forming process of lubrication film at different friction stages

對(duì)微織構(gòu)凹坑周圍的區(qū)域進(jìn)行表面形貌觀察和EDS能譜分析，結(jié)果如圖12所示。在微織構(gòu)凹坑周圍的區(qū)域中有2.7%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的N元素出現(xiàn)，分析認(rèn)為填充的h-BN固體潤(rùn)滑劑在摩擦過程中被拖拽至復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)表面，在擠壓力的作用下發(fā)生變形，逐漸均勻鋪展，形成連續(xù)穩(wěn)定的固體潤(rùn)滑薄膜，避免巴氏合金表面與45鋼直接接觸產(chǎn)生劇烈磨損，使摩擦過程更加平穩(wěn)。在h-BN固體潤(rùn)滑劑緩釋過后，微織構(gòu)凹坑可以充當(dāng)微型軸承，作為潤(rùn)滑源和儲(chǔ)存磨粒，減少磨粒磨損，起到良好的減摩潤(rùn)滑效果。同時(shí)，在利用激光對(duì)表面進(jìn)行微織構(gòu)處理時(shí)，光能轉(zhuǎn)化的熱能直接作用在表面使得凹坑附近的區(qū)域硬度增加，提升了巴氏合金表面的耐磨性能。

圖12 微織構(gòu)凹坑周圍表面形貌及能譜分析結(jié)果Fig.12 Surface morphologies and EDS results of the area around micro-textured dimples

當(dāng)織構(gòu)的密度較小時(shí)，較小凹坑直徑的復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)具有合適的坑間距，有利于形成連續(xù)的固體潤(rùn)滑薄膜；隨著織構(gòu)密度的增加，固體潤(rùn)滑劑的儲(chǔ)存量增大，摩擦副接觸區(qū)域內(nèi)織構(gòu)數(shù)量增加使h-BN固體潤(rùn)滑劑釋放后凹坑存儲(chǔ)磨粒和潤(rùn)滑油的作用也更加突出，保證摩擦副與接觸面處于分離狀態(tài)，一定程度上減小了摩擦；當(dāng)織構(gòu)密度達(dá)到30%時(shí)，較小凹坑直徑織構(gòu)面的凹坑間距過小，h-BN固體潤(rùn)滑劑難以有效地釋放，不利于形成連續(xù)穩(wěn)定的固體潤(rùn)滑薄膜，降低了減摩潤(rùn)滑效果，而較大凹坑直徑的復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)不但儲(chǔ)存了較多的h-BN固體潤(rùn)滑劑，且有著合適的凹坑間距，故保持著良好的減摩潤(rùn)滑效果。

3 結(jié)論

利用光固化將h-BN固體潤(rùn)滑劑粉末填充于微織構(gòu)內(nèi)，制備出復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)。測(cè)量了其表面不同位置的硬度，并在油潤(rùn)滑條件下開展了巴氏合金/45鋼摩擦試驗(yàn)，研究了織構(gòu)密度及凹坑直徑對(duì)復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)摩擦學(xué)性能的影響，結(jié)論如下：

(1)通過激光加工微織構(gòu)與光固化填充固體潤(rùn)滑劑，在巴氏合金表面制備出了復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)，激光加工后的復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)表面發(fā)生了明顯的局部硬度增加現(xiàn)象。

(2)與未織構(gòu)試樣相比，復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)試樣的減摩潤(rùn)滑性能遠(yuǎn)高于未織構(gòu)和純織構(gòu)試樣。當(dāng)凹坑直徑較小且織構(gòu)密度為10%～20%時(shí)，復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)摩擦因數(shù)較??；當(dāng)凹坑直徑較大時(shí)，隨著織構(gòu)密度的增加，摩擦因數(shù)逐漸減小。當(dāng)織構(gòu)密度小于20%時(shí)，較小凹坑直徑的復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)摩擦因數(shù)較??；當(dāng)織構(gòu)密度達(dá)到30%時(shí)，隨著凹坑直徑的增加，摩擦因數(shù)減小。

(3)表面復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)能夠改善巴氏合金在油潤(rùn)滑下的摩擦學(xué)性能，這主要是由于h-BN固體潤(rùn)滑劑在摩擦過程中緩慢釋放至復(fù)合潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)表面，不斷地在表面補(bǔ)充形成連續(xù)穩(wěn)定的固體潤(rùn)滑薄膜，避免了油膜較薄處巴氏合金與45鋼直接接觸；同時(shí)釋放后的微織構(gòu)凹坑也可以作為潤(rùn)滑源和儲(chǔ)存磨粒，減小磨粒磨損，這2種作用改善了巴氏合金表面的摩擦學(xué)性能。