22 / 2022-07-19 18:14:40

巴氏合金涂层掩膜下皮秒激光加工对GCr15轴承钢表面的摩擦改性

激光表面加工；掩膜法；表面改性；摩擦磨损性能

以巴氏合金作为掩膜制备了GCr15轴承钢的表面纹理。在直径40mm、厚度4mm的圆盘工件表面，利用皮秒光纤激光器制备尺寸范围115-125μm的凹坑阵列，面积密度设置为20%；采用热喷涂的方法在试样表面喷涂40μm的涂层掩膜。由于激光表面加工(LST)会造成微凹坑周围熔融金属及其氧化物的堆积，容易产生表面碎屑，从而对摩擦副表面造成显著磨损，破坏油膜的完整性。本文采用皮秒光纤激光器(Wuhan Yangtze Soton Laser Co., Ltd., China)，设置激光脉冲脉宽为50 Ps、重复频率为2 MHz、平均功率为8.24 W、扫描速度为1000 mm/s。通过研究巴氏合金掩膜对LST造成的不利热影响的抑制机理，得到了有/无巴氏合金掩膜LST后材料表面的摩擦系数、磨痕、元素变化特征。采用巴氏合金掩膜下加工的材料表面，烧蚀GCr15轴承钢凹坑深度并不受影响，同时，凹坑堆积情况有了明显的改善，并且LST提高了巴氏合金涂层掩膜的硬度，有利于其承载能力的提升；巴氏合金表面存在的微间隙构成了二次凹坑，在油润滑情况下更有利于捕获磨粒和形成油膜，从而改善接触副的摩擦学表现。滑动速度设置为0.2 m/s, 载荷设置为100 N的摩擦学实验结果表明，巴氏合金涂层掩膜下LST加工的表面纹理摩擦系数低于直接进行LST的GCr15轴承钢表面，表面磨损率也较直接LST的GCr15轴承钢表面降低了20.7%，表面的磨痕表面附着的磨粒也大幅减少。本文提出了可以显著降低激光表面加工造成的不利热影响的掩膜加工法，获得更优的摩擦学改性表面。