钢铁材料摩擦层结构演变与干摩擦自润滑行为研究进展

尹存宏^1,2，李少波¹，梁益龙^1,2,3

1. 贵州大学机械工程学院2. 贵州省材料结构与强度重点实验室3. 贵州大学材料与冶金学院

摘 要：由于产生了大量的塑性变形、摩擦热、氧化和组织结构演变,摩擦层的形成不仅影响着材料的摩擦磨损特性,还可能在摩擦条件和材料微观结构匹配合理的情况下引发自润滑行为。研究摩擦层和自润滑行为的微观机制可为在不加入添加剂的基础上,获得新的固态润滑方法及对应润滑机制提供重要的理论依据。对磨材料的强度、硬度、层错能高低等特性差异将导致摩擦层结构演化形式、细化程度和深度均有所不同。特别是诸如低碳条状马氏体钢和珠光体钢等钢铁材料,因其具有马氏体束、块、条和珠光体中的铁素体、先共析相、渗碳体等亚结构特征,摩擦层内部结构的演变又与其他材料有所区别。干摩擦自润滑通常是因为表面氧化物和纳米级氧化颗粒的保护所致,但是材料不同或材料包含的微结构不同,能够形成的氧化物或氧化颗粒的类型和尺度亦有所不同。国内外学者展开了大量有关摩擦层和自润滑行为的研究,他们从摩擦层内部材料冷作硬化、晶粒细化和动态再结晶等方面分析了摩擦层高应变引起的材料组织结构演变,以及不同微观组织材料所表现出的摩擦层和摩擦磨损特性差异。此外,还对摩擦引起的纳米晶/结构对材料摩擦磨损特性产生的影响展开了大量研究。最后,研究人员试图利用摩擦接触导致的高应变速率和高应变梯度来获得超细化晶粒以制备表层纳米结构和调控材料的摩擦磨损特性。本文从塑性变形、结构演变规律和力学性能等方面综述了摩擦层的最新研究进展,讨论了影响摩擦层内部塑性变形程度的摩擦外载条件因素。另外,从摩擦层内部形成纳米结构、梯度结构和由表面氧化物颗粒形成的自润滑层等方面讨论了干摩擦过程中产生的自润滑现象及对应机制。最后,探讨了如何利用材料表层结构设计和预制自润滑层以获得优异的耐磨性能。

关键词：干摩擦;摩擦层;自润滑;塑性变形;固态润滑;