引言

微動磨損普遍存在于航空航天、鐵路、醫(yī)療和核工業(yè)等重要工業(yè)領(lǐng)域，被稱為 “工業(yè)腫瘤”[1-2]。航空發(fā)動機(jī)是飛機(jī)的動力來源，其穩(wěn)定性以及可靠性對于確保飛機(jī)的安全運(yùn)行至關(guān)重要 [3-4]。任何對航空發(fā)動機(jī)造成的損害都可能嚴(yán)重影響飛行的安全性，甚至可能引發(fā)重大的經(jīng)濟(jì)損失和人身傷害。尤其是航空發(fā)動機(jī)的鎳基合金葉片，作為航空發(fā)動機(jī)動力系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，在長期運(yùn)行中特別容易遭受微動損傷 [5-6], 這種損傷現(xiàn)象可能會逐漸積累，以致葉片的斷裂失效 [7], 從而影響葉片的完整性和發(fā)動機(jī)的安全性。因此，深入研究鎳基合金材料在微動磨損環(huán)境下的損傷機(jī)制對于維護(hù)航空飛行器的安全運(yùn)行具有重大意義 [8-9]。

高雯 [10] 研究了鋯合金和 GH4169 鎳基合金在不同條件下的微動磨損性能，發(fā)現(xiàn)摩擦因數(shù)隨載荷增加而增加，Zr-4/Zr-4 摩擦副的摩擦因數(shù)最大，而 GH4169/N36 摩擦副的摩擦因數(shù)最小，且預(yù)氧化可提高摩擦因數(shù)。周安陽等 [11] 探究了不同磁場強(qiáng)度對鎳基合金 GH99 微動磨損性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)，在 0~15 T 范圍內(nèi)，隨磁場強(qiáng)度增大，材料表面顯微硬度和耐磨性能呈現(xiàn)先增強(qiáng)后減弱的規(guī)律。鄭會等 [12] 探究了在高溫高壓水環(huán)境下位移幅值對 Inconel690 合金傳熱管切向微動磨損的影響。結(jié)果表明，隨著位移幅值的增大，磨損接觸面積增大，磨損深度和磨損體積均增加，磨損加劇。米雪等 [13] 研究了 690 合金管在不同法向載荷作用下的切向微動磨損機(jī)制和損傷演變規(guī)律。結(jié)果表明，隨著法向載荷的增大，690 合金管與 405 不銹鋼塊的磨損體積增大，690 合金管主要的磨損機(jī)制為剝層和磨粒磨損。徐志彪等 [14] 研究了采用激光熔覆沉積技術(shù)制造的 Inconel 718 合金樣品在不同法向載荷和位移幅值下的微動磨損行為。研究發(fā)現(xiàn)，保持位移幅值恒定時，增加法向載荷會導(dǎo)致微動狀態(tài)從完全滑移變?yōu)榛旌蠣顟B(tài)，加劇材料磨損，增加能量耗散；位移幅值的增加也導(dǎo)致磨損加劇；磨損區(qū)域觀察到裂紋的萌生和擴(kuò)展，磨損機(jī)制主要是疲勞磨損、氧化磨損和磨粒磨損。賀繼樊等 [15] 探究了溫度和位移幅值對 Inconel 718 合金切向微動磨損的影響，發(fā)現(xiàn)在不同的位移幅值下，隨著試驗(yàn)溫度的增高，微動磨損均向完全滑移的方向演變，微動部分滑移區(qū)的磨損機(jī)制主要為黏著磨損，且隨著溫度的增高黏著加劇，在 600 ℃時演變?yōu)榛旌蠀^(qū)，對于微動混合區(qū)或滑移區(qū)，其損傷機(jī)制由較低溫度下的疲勞磨損主導(dǎo)演變?yōu)檩^高溫度下的黏著磨損和磨粒磨損主導(dǎo)，同時氧化磨損加劇。

Li 等 [16-17] 研究發(fā)現(xiàn)隨著位移幅值和循環(huán)次數(shù)的增加，Inconel 600 合金的微動磨損行為發(fā)生變化，微動模式從黏著過渡到滑移，磨損程度隨之增加，主要磨損機(jī)理包括黏著磨損和氧化磨損。Yu 等 [18] 研究了無涂層激光沖擊強(qiáng)化 (LSPwC) 對 GH4169 高溫合金在高溫下的微動磨損行為的影響。研究發(fā)現(xiàn)，LSPwC 處理和高溫均能降低磨損量，LSPwC 通過增加硬度提高耐磨性，而高溫下形成的釉層也有助于減少磨損。Yang 等 [19] 研究了超聲表面滾壓處理 (USRP) 對 GH4169 高溫合金微動疲勞性能的影響。結(jié)果表明，USRP 顯著降低表面粗糙度，提高表面顯微硬度，并在深層厚度內(nèi)引入高強(qiáng)度的壓縮殘余應(yīng)力。這些改變導(dǎo)致合金的微動疲勞壽命分別提高了 3.6 倍和 11 倍。壓縮殘余應(yīng)力是提高合金微動疲勞壽命的主要因素。Han 等 [20] 研究了晶界工程處理對 Inconel690TT 合金微動磨損行為的影響。通過熱處理和冷軋的晶界工程處理，顯著提高了低 ΣCSL 晶界比例，但降低了合金的微動磨損抗力。研究發(fā)現(xiàn)，硬度、晶粒尺寸和低 ΣCSL 晶界比例均影響微動磨損性能，其中低 ΣCSL 晶界比例的影響更為顯著。晶界工程處理不利于提高材料的微動磨損抗力。

本文研究了不同法向載荷與位移幅值對鎳基合金 GH4169 微動摩擦磨損特性的影響，探究了不同法向力與位移幅值的影響下微動副的摩擦力 - 位移曲線 (Ft-D) 和隨循環(huán)次數(shù) N 變化的摩擦因數(shù)曲線，分析了磨損區(qū)域的形貌和主要磨損機(jī)制。旨在為航空發(fā)動機(jī)葉片抗微動磨損性及防護(hù)設(shè)計(jì)提供理論參考。目前微動磨損的研究非常廣泛，然而對 GH4169 合金微動磨損的研究相對較少，因此，探究不同法向載荷與位移幅值對 GH4169 合金微動磨損特性的影響為航空發(fā)動機(jī)葉片的微動損傷預(yù)防和維護(hù)提供了理論參考。

1、試驗(yàn)材料及設(shè)備

在本研究中，微動摩擦副的上試樣選取直徑為 6 mm 的 Si₃N₄陶瓷球，因 Si₃N₄陶瓷擁有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性、耐熱性和超高的環(huán)境適應(yīng)性，使其在需要高性能材料的領(lǐng)域中扮演重要角色，如航空航天、汽車制造等。上試樣 6 mm Si₃N₄陶瓷球，其表面粗糙度 Ra=0.2 μm。GH4169 合金需電火花切割成尺寸為 30 mm×20 mm×10 mm 的塊狀試樣。所有 GH4169 試樣都采用 80、300、600、1000、1500、2000 目的砂紙對其表面在水流中手工打磨，采用十字打磨法，即每打磨完一次將磨痕旋轉(zhuǎn) 90° 再進(jìn)行下一次打磨，直至在本砂紙上打磨掉上一砂紙的磨痕即可更換下一更加細(xì)膩的砂紙打磨，采用 6 種目數(shù)的砂紙打磨完成后即可用粒度為 1.5 μm 的金剛石噴霧拋光劑在 P-2T 拋光機(jī)上進(jìn)行拋光，令其表面粗糙度小于 0.04 μm, 拋光好的試樣用無水乙醇超聲波清洗 5 min 以去除試樣表面殘留的拋光劑和基體磨屑。Si₃N₄陶瓷球與 GH4169 合金試樣形成球與平面的點(diǎn)接觸模式，試驗(yàn)前，用棉花蘸取無水乙醇將裝夾好的兩試樣表面擦拭干凈，除去外來污物的影響。表 1 為上、下試樣 (Si₃N₄/GH4169) 的主要化學(xué)成分 [21], 其中 GH4169 成分?jǐn)?shù)據(jù)來源于供應(yīng)商。

表 1 Si₃N₄/GH4169 微動摩擦副主要化學(xué)成分 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)) 單位:%

材料	C	Si	Cr	Ni	Mo	Al	Nb	Fe	Ti	Co	Si₃N₄
Si₃N₄	0.300	0.300	-	-	-	-	-	0.50	-	-	Bal.
GH4169	0.027	0.065	17.53	53.80	2.90	0.54	5.23	Bal.	0.96	0.50	-

試驗(yàn)所用到的多功能微動摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)如圖 1 所示，由德源睿新科技有限公司 (成都) 研發(fā)，主要包括測控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)切向、加載等控制并準(zhǔn)確定位，由音圈電機(jī)帶動下試樣夾具平臺作切向方向的往復(fù)移動，上試樣球跟夾具則相對靜止，加載模塊可選擇標(biāo)準(zhǔn)砝碼加載或伺服電機(jī)自動加載。砝碼加載時需要搭配固定桿，伺服加載時需要搭配過渡加載盤。可設(shè)定的微動位移幅值范圍為 2.5~300 μm, 根據(jù)試驗(yàn)要求通過對音圈電機(jī)進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié)，以達(dá)到系統(tǒng)運(yùn)動控制精度，實(shí)時的摩擦力 - 位移曲線 (Ft-D) 可在計(jì)算機(jī)端導(dǎo)出。

在微動磨損研究與應(yīng)用中，為了有效控制磨損以延長材料服役壽命，通常需要關(guān)注法向載荷與位移幅值的影響，因?yàn)檫@兩者會直接影響材料的微動磨損速率和磨損行為。本研究的微動試驗(yàn)參數(shù)如表 2 所示，經(jīng)過多次試驗(yàn)后，選取效果最佳的一組試驗(yàn)結(jié)果，利用掃描電子顯微鏡 (SEM) 對試樣表面形貌進(jìn)行分析；利用電子能譜儀 (EDS) 對磨損區(qū)域進(jìn)行掃描即可分析磨損區(qū)域的元素成分及組成；利用白光干涉儀對試樣的三維磨損形貌進(jìn)行分析。

表 2 微動試驗(yàn)參數(shù)

參數(shù)	值	參數(shù)	值
法向載荷 Fn/N	10、20、30	頻率 f/Hz	10
位移幅值 D/μm	30、40、50	試驗(yàn)溫度 T/℃	25±1
循環(huán)次數(shù) N	1000	相對濕度 U	40%~60% 實(shí)驗(yàn)室大氣

2、試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 微動運(yùn)行工況圖

構(gòu)建一個以微動位移和法向載荷為坐標(biāo)軸的微動運(yùn)行狀態(tài)圖，有助于更準(zhǔn)確地識別微動接觸面的動態(tài)響應(yīng) [22]。圖 2 所示為干態(tài)工況下 Si₃N₄/GH4169 摩擦副的微動運(yùn)行狀態(tài)圖，根據(jù)磨損表面的形貌特征及微動環(huán)的演變趨勢，可將微動區(qū)域劃分為完全滑移區(qū) (SR)、部分滑移區(qū) (PSR) 和混合區(qū) (MSR)[23]。當(dāng)保持法向力不變時，隨著位移幅值的增大，微動模式由部分滑移 (PSR) 向完全滑移 (SR) 最后向混合滑移 (MFR) 轉(zhuǎn)變；相反，位移幅值保持不變時，隨著法向力的增大，微動模式由混合滑移區(qū) (MFR) 逐漸向完全滑移 (SR) 轉(zhuǎn)變。

2.2 微動界面動力學(xué)響應(yīng)

摩擦力 - 微動位移 (Ft-D) 滯回曲線是表征接觸界面實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)和材料響應(yīng)行為的重要動態(tài)參數(shù)。圖 3 所示為不同法向載荷與位移幅值下點(diǎn)接觸副的 Ft-D-N 曲線。

當(dāng)位移幅值為 30 μm 時，如圖 3 (a)~(c) 所示，當(dāng)法向載荷為 10 N 時，F(xiàn)t-D 曲線型大致呈現(xiàn)出橢圓形；當(dāng)法向載荷為 20 N 和 30 N 時，F(xiàn)t-D 曲線大致都呈現(xiàn)出菱形，說明在這 3 種法向載荷下的微動運(yùn)行模式處于混合區(qū)。對于 40 μm 中等位移工況，如圖 3 (d)~(f) 所示，當(dāng)法向載荷為 10 N 時，F(xiàn)t-D 曲線型呈現(xiàn)出平行四邊形，即表明微動模式為完全滑移區(qū)，摩擦力處于一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)；當(dāng)法向載荷為 20 N 時，F(xiàn)t-D 曲線型大致呈現(xiàn)出直線型，微動界面處于部分滑移區(qū)；當(dāng)法向載荷為 30 N 時，F(xiàn)t-D 曲線型由初始階段的橢圓形演變?yōu)橹本�型，即表明微動界面處于混合區(qū)，這是因?yàn)楫?dāng)法向載荷增大時，基體與對磨部件之間的接觸壓力也隨之增大，在微動位移恒定的情況下，它們之間的相對滑動變得更加艱難。對于 50 μm 大位移工況，如圖 3 (g)~(i) 所示，當(dāng)法向載荷為 10 N 時，F(xiàn)t-D 曲線型大致呈現(xiàn)出橢圓形，則微動模式為混合區(qū)；當(dāng)法向載荷為 20 N 時，F(xiàn)t-D 曲線型也呈現(xiàn)出類橢圓形；當(dāng)法向載荷增大到 30 N 時，F(xiàn)t-D 曲線型由前階段的菱形轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)長的類平行四邊形，說明該曲線型有向直線型演變的趨勢，即微動界面的狀態(tài)由混合區(qū)逐漸向部分滑移區(qū)演變。

2.3 微動耗散能

在摩擦力 - 位移曲線圖中，曲線所圍成的面積代表摩擦力所做的功 [24-25], 即材料在微動過程中因摩擦而耗散的能量，如圖 4 所示，該能量可以用來衡量材料在微動過程中的損傷程度 [26]。單個循環(huán)的耗散能 (Ed) 計(jì)算公式為:

式中:f 為摩擦力振幅；δ₀為微動半徑；2δ* 為位移幅值；dδ 為位移幅值的變化量。

通過式 (1) 對微動磨損試驗(yàn)過程中所獲得的 Ft-D 曲線進(jìn)行積分計(jì)算，得到了其對應(yīng)循環(huán)次數(shù)下的能量耗散值，結(jié)果如圖 4 所示。

圖 5 切向位移為 30 μm、40 μm 與 50 μm 在不同法向載荷下的摩擦因數(shù)曲線

由圖 4 (a)~(c) 可知，在相同的位移幅值下，隨著所施加的法向載荷增大，材料的耗散能也呈現(xiàn)增大的趨勢。當(dāng)施加的法向力較小時 (Fn=10 N), 材料的微動損傷較輕，這可能是因?yàn)椴牧系膹椥院退苄宰冃蜗嗷�協(xié)調(diào)，減輕了磨損損傷。因此，在此工況下，微動磨損過程中的能量耗散較小，且不同循環(huán)次數(shù)之間的能量耗散差異不大。但是當(dāng)法向載荷 Fn 為 20 N 和 30 N 時，由于法向載荷較大，微動磨損的初期會導(dǎo)致基體材料的嚴(yán)重?fù)p傷，因此初始能量耗散較大。而隨著大量磨屑的形成和堆積，隨著微動試驗(yàn)的持續(xù)進(jìn)行，磨屑成為 “第三體” 參與到摩擦的過程中，并且在后期試驗(yàn)過程中起到一定的減磨潤滑作用，從而導(dǎo)致能量耗散的減少。此外，在法向載荷恒定時，將位移幅值由 30 μm 增加至 50 μm, 因微動位移的增大，增大了 GH4169 基體與 Si₃N₄陶瓷對磨球的接觸面積，微動磨損加劇導(dǎo)致材料損傷加重，從而導(dǎo)致材料的耗散能隨微動位移的增大而增大。

2.4 摩擦因數(shù)曲線

從圖 5 可以看出，各參數(shù)下微動試驗(yàn)的摩擦因數(shù)均呈現(xiàn)出先增大后減小，最后趨于較為穩(wěn)定的變化趨勢。在微動循環(huán)次數(shù)為幾次到十幾次時，此間的摩擦因數(shù)較低，約為 0.22, 說明微動磨損處于初始的磨合階段。隨后進(jìn)入增長階段，由于 GH4169 基體表面受到 Si₃N₄陶瓷球的剪切和壓擠作用，導(dǎo)致表面膜破裂，兩者直接接觸，接觸區(qū)域出現(xiàn)表面黏著和塑性變形，從而使摩擦因數(shù)迅速升高。隨著微動試驗(yàn)的推進(jìn)，接觸表面局部區(qū)域發(fā)生顆粒剝落，剝落的顆粒在外載荷的作用下被壓碎并遷移，形成磨屑，并形成 “第三體層”, 這些磨屑在接觸區(qū)參與承載并發(fā)揮減摩作用，從而使摩擦因數(shù)有所降低，最后趨于一個較為穩(wěn)定的狀態(tài)。當(dāng)位移幅值 D=30 μm 時，摩擦因數(shù)并沒有隨法向載荷的增大而增大，其中 Fn=20 N 時的峰值摩擦因數(shù)最大，其值為 0.48;Fn=10 N 時的峰值摩擦因數(shù)最小，其值為 0.36。當(dāng)位移幅值 D=40 μm 時，法向載荷 Fn=30 N 時的峰值摩擦因數(shù)最大，其值為 0.51; 法向載荷 Fn=10 N 和 Fn=20 N 時的峰值摩擦因數(shù)相近，分別為 0.446 和 0.439。然而當(dāng)位移幅值 D=50 μm 時，摩擦因數(shù)峰值隨著法向載荷的增大而增大，峰值摩擦因數(shù)最大的為 Fn=30 N, 其值為 0.559, 相較于 Fn=10 N 時的最小峰值摩擦因數(shù) 0.30, 其增長的幅度約為 86.96%。

2.5 磨損區(qū)域形貌分析

圖 6 為鎳基合金 GH4169 在不同位移幅值與法向載荷下的磨損情況光鏡圖。由圖可知，在同一標(biāo)尺下，微動位移幅值固定，隨著微動試驗(yàn)的法向載荷不斷增大，試樣的磨損范圍逐漸增大；法向載荷固定，試樣的磨損范圍隨著微動位移幅值的增大而變化并不明顯。其中位移幅值為 30 μm 及法向載荷為 10 N 時的微動試樣磨損范圍最小。

圖 7 為不同法向載荷與位移幅值下的微動磨痕三維信息。由圖可知，在 3 種位移幅值下，磨痕的面積均隨著法向載荷的增大而增大，這是由于法向載荷的增大會導(dǎo)致接觸應(yīng)力的增加，使得接觸區(qū)域的材料更容易發(fā)生塑性變形，從而增加了磨痕面積。GH4169 基體磨痕中心形成了類橢圓形的凹坑，在磨痕的邊緣部分堆積了較多的磨屑。圖 7 (a3)~(c3) 為不同法向載荷與微動位移幅值下的二維截面輪廓。在 Fn=10 N 時，當(dāng)微動位移幅值由 30 μm 增加至 50 μm 時，可以看出 GH4169 基體的損傷比較輕微，磨痕的最大深度為 2.2~4.5 μm。隨著法向載荷進(jìn)一步增大至 20 N 時，GH4169 基體的磨斑區(qū)域損傷有所加劇，產(chǎn)生的磨痕最大深度為 7.8 μm, 對應(yīng)的位移幅值為 50 μm。由圖 7 (b3) 可知，當(dāng)法向載荷 Fn 增加至 30 N 時，且位移幅值 D=40 μm, 產(chǎn)生的磨痕最大深度為 8.1 μm, 磨痕的二維截面呈現(xiàn)出 “V” 形。由圖 7 可知，在不同法向載荷與位移幅值下的微動磨痕三維形貌邊緣部分出現(xiàn)明顯的凸起現(xiàn)象，這些凸起是由第三體磨屑層的堆積所致，同時磨痕端部的磨屑堆積現(xiàn)象也較為明顯。

圖 8 為不同位移幅值與法向載荷下的鎳基合金 GH4169 磨損表面 SEM 微觀圖像。微動位移幅值為 30 μm 及法向載荷為 10 N 時，從圖 8 (a1) 磨損區(qū)域的上部可知，試驗(yàn)后試樣表面有明顯的磨痕，磨損區(qū)域可以觀察到犁溝和明顯的點(diǎn)狀剝落現(xiàn)象，并存在磨屑成層現(xiàn)象；從圖 8 (a2) 磨損區(qū)域的中部可知，磨損區(qū)域可以觀察到犁溝、圓形小坑以及磨屑堆積現(xiàn)象。微動位移幅值為 30 μm 及法向載荷為 20 N 時，從圖 8 (b1) 磨損區(qū)域的下部可知，磨損區(qū)域的邊緣可以觀察到大量的磨屑堆積現(xiàn)象，并且磨損區(qū)域存在裂紋、犁溝以及塊狀剝落現(xiàn)象；從圖 8 (b2) 磨損區(qū)域的中部可知，磨痕區(qū)域的中心與邊緣部分呈現(xiàn)出不同的磨損特征。在磨損中心，由于承受高剪切應(yīng)力，可以觀察到大量材料的剝落，以及密集的小圓形凹坑、犁溝和一些磨屑片層。微動位移幅值為 30 μm 及法向載荷為 30 N 時，從圖 8 (c1)、(c2) 磨損區(qū)域的上、下部可知，處于磨損區(qū)域的邊緣部分，可以觀察到明顯的磨屑堆積、磨屑分層現(xiàn)象以及存在裂紋、犁溝和鑿坑等現(xiàn)象。微動位移幅值為 40 μm 及法向載荷為 30 N 時，此時磨損區(qū)域處于完全磨損區(qū)，整個磨痕表面發(fā)生相對滑動，從圖 8 (d1) 磨損區(qū)域的下部，可以觀察到明顯的分層現(xiàn)象，并且有犁溝和大量的裂紋存在；從圖 8 (d2) 磨損區(qū)域的中部可知，在磨損區(qū)域中心可以觀察到大量的塊狀剝落物，并且有犁溝、裂紋與部分磨屑存在等現(xiàn)象。微動位移幅值為 50 μm 及法向載荷為 20 N 時，從圖 8 (e1)、(e2) 即磨損區(qū)域的中、上部可知，在中部的邊緣存在有明顯的磨屑堆積且分層的現(xiàn)象，由于磨痕中心處于高剪切應(yīng)力的作用下，所以中心區(qū)域還存在有大量的剝落物，并且伴隨有犁溝和裂紋等現(xiàn)象；在磨損區(qū)域的上部邊緣，也可以觀察到明顯的磨屑堆積現(xiàn)象，且有犁溝、裂紋及少量剝落物存在的現(xiàn)象。微動位移幅值為 50 μm 及法向載荷為 30 N 時，從圖 8 (f1)、(f2) 磨損區(qū)域的中、上部可知，在上部邊緣可以觀察到明顯的塊狀磨屑層，且有裂紋、小坑及塊狀剝落物的存在；在磨損區(qū)域中部，有少量塊狀磨屑層存在，且有裂紋、犁溝及塊狀剝落物存在。綜上所述，其主要磨損機(jī)制為疲勞磨損和磨粒磨損。

2.6 磨痕表面元素分析

圖 9 所示為鎳基合金 GH4169 在不同法向載荷與位移幅值下的磨痕表面元素分布情況。通過 EDS 元素面分布分析，可以識別微動過程中材料轉(zhuǎn)移和氧化現(xiàn)象。對磨痕區(qū)域的氧 (O)、鋁 (Al)、硅 (Si)、鈮 (Nb)、鉬 (Mo)、鈦 (Ti)、鉻 (Cr)、鐵 (Fe)、鈷 (Co) 及鎳 (Ni) 進(jìn)行 EDS 面掃元素分析，可以顯著地觀察到磨痕區(qū)域富集有大量的 O 元素以及 Si 元素，且 GH4169 鎳基合金基體本身的 Si 元素含量極少 (0.065%), 低于上摩擦副 Si₃N₄陶瓷球的固有配比含量 (0.300%), 由此可見磨痕區(qū)域所富集的 Si 元素大部分是微動過程中由上摩擦副 Si₃N₄陶瓷球轉(zhuǎn)移過來的，磨痕區(qū)域 O 元素的富集，則可說明在微動過程中摩擦副之間發(fā)生了氧化反應(yīng)，這也表明了氧化磨損機(jī)制的存在。除此之外，從圖 8 (a)~(f) 可知在磨損區(qū)域中心 Nb 元素與 Mo 元素的含量極少，而 GH4169 基體在非磨損區(qū)域的 Nb 元素與 Mo 元素的含量卻明顯更多，這表明在微動過程中磨損區(qū)域的 Nb 元素與 Mo 元素發(fā)生了轉(zhuǎn)移，從而含量降低，Al、Ti 以及 Ni 等其余幾種元素在磨痕區(qū)域的含量并沒有發(fā)生明顯的變化。

3、結(jié)束語

本文選取典型的 3 組微動位移幅值與 3 組法向載荷探究了 GH4169 鎳基合金微動磨損特性，得到結(jié)論如下:

(1) 根據(jù)微動磨損實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及表征結(jié)果可知，鎳基合金 GH4169 試樣表面的磨損損傷主要呈現(xiàn)為磨損初期的較大剝落塊，隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，剝落磨屑進(jìn)而被研磨成細(xì)小的磨屑，形成磨損區(qū)域的第三體，起到減磨作用，并且磨損區(qū)域還有犁溝、凹坑和磨屑等存在。其主要磨損機(jī)制為疲勞磨損、磨粒磨損和氧化磨損。

(2) 位移幅值為 30 μm 時，隨著法向載荷的增大，GH4169 合金試樣與 Si₃N₄陶瓷球的微動運(yùn)行模式由完全滑移狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴糠只�移狀態(tài)。試樣的耗散能、磨痕寬度與深度逐漸增大。

(3) 當(dāng)法向載荷不變時，隨著位移幅值的增大，GH4169 合金試樣與 Si₃N₄陶瓷球的微動運(yùn)行模式由完全滑移狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴糠只旌蠣顟B(tài)，且 GH4169 合金試樣的磨損損傷有所加劇。

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作者簡介

謝根牙 (1999-), 男，碩士研究生，研究領(lǐng)域?yàn)槲�動摩擦磨損。

梁忠偉 (1978-), 男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，研究領(lǐng)域?yàn)楦叨搜b備、機(jī)器人技術(shù)等。

※通信作者簡介：周琰 (1990-), 女，博士，講師，研究生導(dǎo)師，研究領(lǐng)域?yàn)槟Σ翐p傷。

（注，原文標(biāo)題：鎳基合金GH4169微動摩擦磨損特性研究）

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tag標(biāo)簽:GH4169鎳基合金,航空關(guān)鍵材料,微動磨損防護(hù)

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