89 / 2021-05-20 16:57:51

奥氏体不锈钢晶粒细化摩擦层形成机理研究

       摩擦所引起的金属微观结构改变决定了金属材料最终的减摩耐磨性能，于是深入研究摩擦条件下材料微观结构演变对提高材料减摩耐磨性能至关重要。然而，摩擦过程中应力状态的复杂性导致摩擦材料的微观组织结构演变机理至今尚不明确。

       在本工作中，我们设计了一种全新的微观摩擦测试方式——微墙划痕，通过提前去除划痕周边材料来合理简化干摩擦塑性变形区内的应力场并可直接观测摩擦亚表层的塑性变形行为。本工作以Fe-25Cr-20Ni奥氏体不锈钢为研究对象，利用聚焦离子束（FIB）在{111}和{100}晶粒以及含有孪晶界的双晶上制备一系列的微墙，其尺寸为20μm(长度)ⅹ1.7μm(宽度)ⅹ12μm(深度)，在纳米压痕设备上利用尖端半径为5μm楔形压头在微墙上进行一系列的压痕和划痕实验，最后利用SEM、EBSD、ECCI、TEM等微观结构表征方法进行观察与分析。研究结果表明：水平位错墙在所有研究的划痕下方一定深度处形成，且部分位错墙两侧的晶体学取向差达到了～30°；水平位错墙形成规律取决于晶粒取向、滑动方向及孪晶界。通过滑移台阶和位错分析，本工作揭示了晶粒细化摩擦层的形成机制以及孪晶界对其影响。

       本工作所设计的微观摩擦测试方法为深入研究摩擦机理提供了新路径。本工作研究成果不仅可以为提高微型元器件减摩耐磨性能设计奠定理论基础，还可以深化对工程金属宏观摩擦磨损的基本认识，最终达到降低摩擦磨损所导致的部件更换成本、噪音以及能耗的目的。