王劍飛, 薛偉海*, 高禩洋, 趙智超, 段德莉, 李 曙

(1. 中國科學院金屬研究所 遼寧省航發(fā)材料摩擦學重點實驗室, 遼寧 沈陽 110016;2. 中國科學技術(shù)大學 材料科學與工程學院, 遼寧 沈陽 110016)

微動磨損是指兩固體接觸面上因出現(xiàn)周期性小振幅振動造成損傷的一種特有的磨損方式[1-3]. 微動形式主要分為切向微動、徑向微動、扭動微動以及轉(zhuǎn)動微動四種[4]，其中，切向微動最為常見[5-6]. 鈦合金由于其具有優(yōu)良的性能，廣泛用于制作航空發(fā)動機壓氣機和風扇的葉片[7]. 隨著航空發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)，葉片的振動不可避免，而這個振動會導致葉片根部的榫槽連接處和相鄰葉片的減振凸肩搭接處發(fā)生小振幅的相對運動，也就是切向微動磨損[8-9]. 微動現(xiàn)象的存在會造成接觸面的磨損，引起結(jié)構(gòu)間發(fā)生松動或破壞，也會加速疲勞裂紋的萌生和擴展，嚴重削減構(gòu)件的疲勞壽命[9]，甚至會帶來災難性的后果. 因此，研究鈦合金間的微動磨損，具有重要的應用價值[10-11].

微動磨損相比于普通的滑動磨損，最重要的特點就是位移小，而小位移會導致微動磨損產(chǎn)生的磨屑難以排出，磨屑又以第三體的形式參與磨損[12-14]. 磨屑在微動磨損中既可能充當磨粒，加劇磨損，也可能黏附在接觸面上形成氧化物薄膜，而這層薄膜能夠在接觸面上剪切和變形，從而緩沖接觸面之間的相對滑動[15-16].因此，針對不同的磨損機制，磨屑對微動磨損的影響也不盡相同：如果是磨粒磨損占主導，磨屑的存在會促進磨損；如果是黏著磨損占主導，磨屑提供的抗黏著作用會大于其造成的磨粒磨損的影響，磨屑的存在會抑制磨損[17].

但是，在試驗過程中無法實時觀察到磨屑的演變[18]，因此，磨屑對微動磨損影響的研究難度較大. 近年來，多數(shù)學者采用有限元方法研究磨屑對微動磨損的作用. Ding等[19-20]提出了微動磨損過程中可塑性演變的磨屑模型，并且和實測的磨屑厚度進行了比較. 研究表明，預測的磨屑層達到飽和時的厚度和相應微動循環(huán)周次隨接觸點的位置以及局部微動條件而發(fā)生變化. Arnaud等[21]通過改變第三體磨屑層的彈性性能，研究磨屑對磨損的影響. 結(jié)果表明，即使是彈性性能改善400%，對磨損深度的影響也僅為3%. Done等[18]對比了考慮磨屑和不考慮磨屑的數(shù)值模擬，然后與實際微動磨損試驗結(jié)果對照，研究顯示，考慮磨屑比不考慮磨屑更符合實際，對數(shù)值模擬而言，不考慮磨屑，磨痕深度更淺.

然而，有限元模擬只能得到一定微動周次后的接觸區(qū)域的壓力分布以及磨痕深度，無法給出一些反映微動磨損過程的信息，比如微動循環(huán)圖(摩擦力-位移曲線)和磨屑的演化過程等，而微動循環(huán)圖及磨屑的演化是反映微動磨損過程中動態(tài)信息的1個重要形式[22-24]. 通過微動循環(huán)圖能直觀得出施加位移和滑移位移，兩者之差即被定義為系統(tǒng)形變量(System deformation)[25]，研究施加位移、滑移位移以及系統(tǒng)形變量之間的關(guān)系，具有重要意義. Fourvry等[26]定義了滑動率(Sliding ratio,D)，即滑移位移與施加位移之比，并且通過理論推導得出D=0.26，將部分滑移區(qū)與滑移區(qū)劃分開. Wang等[25]通過研究載荷、施加位移以及系統(tǒng)形變量的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)了當施加位移一定時，滑移區(qū)的系統(tǒng)形變量與載荷存在線性關(guān)系，進而借助這個線性關(guān)系，提出了1個Ti-6Al-4V的球-平面接觸微動磨損運行區(qū)域的預判公式，γ =(3.337+0.360×Fz)/Δ?，其中，γ表示系統(tǒng)形變量，F(xiàn)z表 示載荷，Δ?表示施加位移. 根據(jù)設(shè)置的載荷和施加位移，代入到上述公式中，計算出γ ，如果γ <0.9，微動磨損則處于滑移區(qū).

綜上所述，目前對微動磨損中磨屑的研究大多側(cè)重在對磨損的影響上，且多是運用有限元模擬的結(jié)果，對微動磨損中更為重要的微動循環(huán)圖、摩擦系數(shù)和系統(tǒng)形變量的研究仍然不足. 在實際微動磨損的工況中，磨屑的存在及其給微動磨損帶來的影響不可忽略. 因此，研究微動磨損過程中磨屑的行為機制，對深入理解微動磨損具有重要的理論意義. 在本研究中，通過設(shè)計中間清除磨屑試驗，從減少磨屑的角度，探究在微動磨損過程中，磨屑對微動磨損的影響. 另外，又設(shè)計了表面織構(gòu)儲存磨屑的試驗，從增加磨屑的角度，進一步佐證磨屑的影響.

1 試驗部分

1.1 試驗設(shè)備及試驗材料

試驗設(shè)備為Rtec微動試驗機，其示意圖如圖1所示. 在左右兩個大推力高頻電磁驅(qū)動器的推動下，上梁帶動上試樣左右高頻往復運動，同時，梁的上方為加載裝置，提供法向載荷. 往復位移監(jiān)測采用分辨率為0.1 μm的LVDT傳感器，兩個壓電陶瓷傳感器分別測量試驗過程中的切向力(Fx) 和法向力(Fz).

此試驗采用球-平面的接觸形式，上球和下平面試樣材料均為退火狀態(tài)的TC4鈦合金. 球的直徑為10 mm，下試樣為直徑24 mm、高8 mm的扁平圓柱. 由于單次試驗磨出來的磨痕極小，做完單次試驗之后，將下試樣旋轉(zhuǎn)一定的角度，便可在上1個試驗的磨痕附近進行第二次試驗，因此，1個下試樣表面至少可以做10次試驗(圖2).

Fig. 1 Schematic diagram of Rtec fretting machine圖1 Rtec微動試驗機示意圖

Fig. 2 Graphs of upper and lower samples after the test圖2 試驗后的上下試樣照片

為了研究更多磨屑對微動磨損的影響，在鈦合金表面制備溝槽狀的表面織構(gòu)，用于捕獲磨屑. 表面織構(gòu)用激光來加工，制備完成之后，使用砂紙打磨掉表面飛濺的熔滴. 使用KEYENCE VHX-6000光學顯微鏡對表面織構(gòu)進行觀察，其三維形貌結(jié)構(gòu)如圖3所示.

Fig. 3 3D topography of the surface texture圖3 表面織構(gòu)的三維形貌

1.2 試驗過程

試驗前，先依次用砂紙打磨下試樣，隨后用SiO2拋光液拋光10 min，最后放入無水乙醇中用超聲波清洗15 min. 樣品準備好后，在室溫下進行微動磨損試驗，試驗參數(shù)列于表1中(施加位移50 μm時，增加載荷為110和120 N的測試). 在每次試驗中，微動磨損達到8萬周次后，暫停試驗，用干凈的拋光布輕輕擦拭上試樣和下試樣，清除粘附于樣品磨損區(qū)域的磨屑. 在擦拭的過程中，下試樣保持不動，保證清除磨屑前后上下試樣接觸并發(fā)生磨損的部位不變. 清除磨屑之后，繼續(xù)微動磨損2萬周次. 試驗結(jié)束后，在前8萬周次內(nèi)分別選取第4 500、14 500、24 500、34 500、44 500、54 500、64 500和74 500周次作出微動循環(huán)圖，在后2萬周次內(nèi)分別選取第81 500、82 500、83 500、84 500、86 500、89 500、94 500和99 500周次作出微動循環(huán)圖，然后再根據(jù)微動循環(huán)圖計算系統(tǒng)形變量.

在有表面織構(gòu)的試樣上，僅選擇在載荷為20、40和60 N，施加位移為40 μm條件下進行微動磨損試驗，微動運行10萬周次. 試驗結(jié)束后，同樣記錄摩擦系數(shù)和系統(tǒng)形變量.

1.3 系統(tǒng)形變量的介紹

微動循環(huán)圖能實時反映微動磨損過程中摩擦力與位移的變化，是研究微動磨損的1個重要手段. 而通過微動循環(huán)圖，可以定義系統(tǒng)形變量[25,27]. 如圖4所示，Δ?表 示試驗設(shè)置的施加位移，δ?表示上下試樣之間實際滑移的位移，S表示斜邊的斜率，同時也是系統(tǒng)的剛度. 系統(tǒng)形變量(δs)則被定義為施加位移與滑移位移之差，即

換言之，施加位移(Δ?) 由兩部分組成：滑移位移(δ?)和系統(tǒng)形變量(δs).

Fig. 4 Schematic diagram of the three parameters in the fretting loop[8]圖4 微動循環(huán)圖中3個參數(shù)的示意圖[8]

系統(tǒng)形變量的物理意義為反映微動磨損的系統(tǒng)(摩擦對偶以及之間的磨屑層)在這個微動循環(huán)里面的變形程度，也可以理解為吸收部分施加位移從而減少滑移的能力. 比如，從公式(1)可以看出，當施加位移一定時，系統(tǒng)形變量的增大就意味著滑移位移的減小，因此，黏著區(qū)域增大. 換言之，系統(tǒng)形變量可以在一定程度上反映微動磨損中的滑移和黏著的關(guān)系，也就是能夠反映出微動磨損中滑移區(qū)和部分滑移區(qū)所占比例. 在本研究中，摩擦對偶材料沒有改變，通過暫停試驗清除磨屑來改變磨屑層的厚度，制備織構(gòu)捕獲磨屑，從而探究磨屑對微動磨損過程的影響.

2 結(jié)果與討論

2.1 清除磨屑對微動循環(huán)圖的影響

從微動循環(huán)圖的形狀可以對微動運行區(qū)域進行劃分：當微動循環(huán)圖是直線或者是近似直線的橢圓時，微動磨損處于部分滑移區(qū)；當微動循環(huán)圖是平行四邊形時，微動磨損處于滑移區(qū)[28]. 因此，在本試驗中，當20 μm施加位移下載荷大于等于40 N、30 μm施加位移下載荷大于等于60 N、40 μm施加位移下載荷大于等于90 N以及50 μm施加位移下載荷大于等于110 N時，微動磨損處于部分滑移區(qū)[24].

圖5所示為在30和 50 μm施加位移下，清除磨屑前后的微動循環(huán)圖. 從圖5可知，無論是在30 μm還是在50 μm的施加位移下，微動循環(huán)圖在清除磨屑的前后均有較大的變化. 具體表現(xiàn)為在30 μm位移下，當載荷為30 N時，清除磨屑后的摩擦力會顯著下降，從而導致微動循環(huán)圖由之前的“高瘦”狀的平行四邊形變成“矮胖”狀的平行四邊形；當載荷為60和90 N時，清除磨屑后最大摩擦力的變化不明顯，但橢圓狀微動循環(huán)圖的短半軸開始變大，甚至開始向平行四邊形轉(zhuǎn)變(60 N載荷下)，這意味著微動運行區(qū)域逐步由部分滑移區(qū)轉(zhuǎn)換到滑移區(qū). 在50 μm位移下，載荷為30、60和90 N時，微動磨損均處于滑移區(qū)，清除磨屑后摩擦力均出現(xiàn)了下降的現(xiàn)象，這些條件下微動循環(huán)圖的變化與在30 μm位移和30 N載荷下微動循環(huán)圖的變化相同.

在清除磨屑之后，繼續(xù)進行微動磨損試驗2萬周次. 通過對比第99 500、83 500以及74 500周次下的微動循環(huán)圖可知，在清除磨屑之后，又進行一定周次的微動磨損，微動循環(huán)圖能恢復到清除磨屑之前的形狀.這個結(jié)果說明在清除磨屑之后進行的這些周次的微動磨損，能產(chǎn)生大量磨屑. 在這個過程中，兩接觸體中間磨屑的產(chǎn)生和排出逐漸達到平衡. 隨著磨屑的不斷積累，微動磨損恢復到了清除磨屑之前的狀態(tài).

2.2 清除磨屑對摩擦系數(shù)的影響

圖6所示為在清除磨屑之后，不同試驗條件下摩擦系數(shù)隨周次的變化曲線. 結(jié)果表明，在不同的施加位移下，微動磨損處于部分滑移區(qū)時，清除磨屑之后摩擦系數(shù)的變化不明顯；然而，當微動磨損處于滑移區(qū)時，清除磨屑之后，摩擦系數(shù)會出現(xiàn)1個逐步上升的階段，然后達到穩(wěn)定，回到清除磨屑之前的水平. 由此可知，在微動磨損過程中清除磨屑對處于滑移區(qū)的微動磨損的摩擦系數(shù)影響較大，對處于部分滑移區(qū)的微動磨損的摩擦系數(shù)影響較小.

2.3 清除磨屑對系統(tǒng)形變量的影響

將1.2節(jié)中列出的相關(guān)周次下的系統(tǒng)形變量計算出來，然后用平滑的曲線連接，得到不同施加位移和不同載荷下系統(tǒng)形變量隨周次的變化曲線(圖7). 由圖7可知，在試驗清除磨屑之前，即微動周次小于80 000周次時，各個試驗條件下的微動磨損都已經(jīng)達到了穩(wěn)定階段. 然而，清除磨屑之后，大多數(shù)試驗條件下系統(tǒng)形變量都會有所下降，只有一些處于部分滑移區(qū)的試驗條件下，在清除磨屑后系統(tǒng)形變量幾乎不變或者變化較小. 這是因為，當微動磨損處于穩(wěn)定階段后，如果在滑移區(qū)和混合區(qū)，由于上下試樣間存在較大的相對滑動，有大量的磨屑產(chǎn)生，清除磨屑對系統(tǒng)形變量影響較大；而在部分滑移區(qū)時由于相對滑移較小，產(chǎn)生的磨屑也較少或者幾乎不產(chǎn)生磨屑，清除磨屑帶來的影響也較小.

另外，當微動磨損處于較大載荷的滑移區(qū)時，系統(tǒng)形變量在清除磨屑后的變化要比微動磨損處于較小載荷的滑移區(qū)更大. 這是因為，在大載荷下的滑移區(qū)，磨損更加嚴重，導致接觸面之間的磨屑更多，在載荷較大的試驗中清除磨屑，相比于載荷較小的試驗，會有更多的磨屑被清除，由于原本儲存的磨屑較多，因此清除磨屑后對系統(tǒng)形變量的影響也相應較大.

Fig. 5 Fretting loops of different cycles and different loads under the applied displacement of 30 μm and 50 μm圖5 在30和 50 μm施加位移下，不同微動周次和不同載荷下的微動循環(huán)圖

圖8對比了不同施加位移下，在清除磨屑后系統(tǒng)形變量隨載荷的變化. 結(jié)果顯示，在第84 500、89 500、94 500和99 500微動運行周次下，隨著載荷的增加，系統(tǒng)形變量都是最先在20 μm施加位移下達到1個穩(wěn)定值，隨著載荷繼續(xù)增加，在30、40和50 μm施加位移下，也依次達到穩(wěn)定的值. 并且，在清除磨屑之后運行的周次越多(例如第99 500周次和第84 500對比)，上述規(guī)律越清晰明了，波動越小. 這與隨著微動磨損過程的進行，磨屑的產(chǎn)生和排出逐漸達到平衡，磨損逐漸趨于穩(wěn)定有關(guān).

Fig. 6 Friction coefficient curves with fretting cycle after removing the debris under different applied displacement and different load圖6 在不同的施加位移和載荷下，清除磨屑之后的摩擦系數(shù)隨微動周次的變化曲線

由圖8可以得知，當微動磨損處于滑移區(qū)時，在不同的施加位移下，系統(tǒng)形變量差別不大，且和載荷存在著線性關(guān)系. 因此，在不同的微動周次下，對特定載荷下滑移區(qū)的系統(tǒng)形變量取平均值，然后進行線性擬合，得到圖9. 從線性擬合的結(jié)果可以看到，4條直線的斜率大致相等而截距有所差別. 直觀地反映在圖像上的結(jié)果就是，4個不同運行周次下的直線相互平行，隨著運行周次的增加，直線整體上移，也就是同一載荷下，系統(tǒng)形變量增大. 這是由磨屑累積導致的. 直到94 500周次之后，磨屑的產(chǎn)生和排出達到平衡，直線便保持相對穩(wěn)定.

2.4 磨屑的分布及尺寸

為了更清楚地探究磨屑在接觸面之間的分布狀態(tài)，在試驗結(jié)束后，用導電膠分別在平面試樣和球試樣上粘取磨屑，以此來保證磨屑的分布狀態(tài)不被改變，然后在掃描電鏡下觀察磨屑形貌，結(jié)果如圖10所示. 結(jié)果表明從平面試樣和球試樣上粘取的磨屑均可分為兩類：留在磨損區(qū)域的磨屑和被排出到磨損區(qū)域之外的磨屑. 通過平面試樣上磨屑的放大照片[圖10(c)]可以看出，留在磨損區(qū)域的磨屑呈塊狀，而被排出到磨損區(qū)域之外的磨屑呈細小的顆粒狀. 塊狀的磨屑將兩個接觸面間隔開，能夠在接觸面相互運動時起到一定的緩沖作用. 根據(jù)前期的研究可以得知[29]，外部的小顆粒磨屑是由中部塊狀的磨屑隨著磨損的進行被不斷地碾碎并排出到磨損區(qū)域之外形成的. 另外，對比圖10(a)和圖10(b)還可得知，平面試樣上沒有磨屑的區(qū)域(A、B和C區(qū)域)，正好和球試樣上磨屑聚集的區(qū)域(A*、B*和C*區(qū)域)互補，這個現(xiàn)象說明小顆粒磨屑是相對均勻地從各個方向被排出到接觸區(qū)域之外的.

對外部小顆粒狀的磨屑進行放大觀察，結(jié)果如圖11所示，可見大多數(shù)磨屑顆粒的尺寸較小，少部分磨屑顆粒較大，并且這些較大的顆粒是由一些較小的顆粒聚集在一塊組成的. 根據(jù)kirk等[15]的研究可知，在微動磨損中，較小的顆粒狀的磨屑會燒結(jié)成大塊的顆粒，這是由于金屬的氧化以及摩擦能量的耗散會導致接觸表面的局部溫度迅速升高[30]，加之法向載荷和剪切載荷的影響，部分小顆粒會被壓實. 而在高溫的作用下，這些被壓實的顆粒便被燒結(jié)成了尺寸較大的顆粒狀磨屑[15]. 在圖11中，對大顆粒磨屑的A點和小顆粒磨屑的B點進行能譜分析(表2)，結(jié)果顯示，大顆粒磨屑A中氧的質(zhì)量分數(shù)明顯高于小顆粒磨屑B中氧的質(zhì)量分數(shù). 這個結(jié)果同樣能夠佐證部分小顆粒磨屑團聚和燒結(jié)，進而形成較大顆粒的磨屑.

表2 磨屑的EDS結(jié)果Table 2 EDS results of debris

Fig. 7 Variation curves of system deformation with fretting cycles under different test parameters圖7 在20、30、40和50 μm的施加位移以及不同載荷下，系統(tǒng)形變量隨微動周次的變化曲線

對磨屑的尺寸進行統(tǒng)計，如圖12所示. 結(jié)果表明，磨屑的尺寸集中在0.2~1.5 μm，并且尺寸在0.5 μm左右的磨屑最多. 據(jù)此可以推測，單個小顆粒磨屑的尺寸應該以0.5 μm為中心的正態(tài)分布. 而由于部分小顆粒磨屑被燒結(jié)成大顆粒，因此磨屑尺寸的分布曲線在大于0.5 μm的一側(cè)偏離了正態(tài)分布.

2.5 制備表面織構(gòu)儲存磨屑對微動磨損的影響

通過清除磨屑的試驗可以研究接觸面之間沒有磨屑或者僅存在較少磨屑對微動磨損的影響，而在樣品表面制備溝槽狀的表面織構(gòu)可以儲存磨屑，進而能探究接觸面之間存在較多的磨屑對微動磨損的影響.為了將微動運行區(qū)域控制在滑移區(qū)，設(shè)置施加位移為40 μm，載荷為20、40和60 N，其他參數(shù)和之前的試驗參數(shù)相同. 圖13所示為有無表面織構(gòu)的樣品在40 N載荷下微動磨損試驗結(jié)束后磨屑的分布情況. 結(jié)果顯示，當樣品的表面沒有織構(gòu)時，磨屑會較為容易地從接觸區(qū)域溢出；而當樣品有垂直于微動方向的溝槽狀表面織構(gòu)時，大量的磨屑會被束縛在接觸區(qū)域[31]，因此，在這個樣品上的磨屑更多、磨屑層更厚.

將無織構(gòu)樣品第83 500周次(清除磨屑后繼續(xù)微動磨損試驗的第3 500周次)的系統(tǒng)形變量、無織構(gòu)樣品清除磨屑前達到穩(wěn)定階段的摩擦系數(shù)和系統(tǒng)形變量、有表面織構(gòu)的樣品達到穩(wěn)定階段的摩擦系數(shù)和系統(tǒng)形變量與載荷的關(guān)系繪成折線圖(圖14)，用以反映接觸區(qū)域中磨屑量對摩擦系數(shù)和系統(tǒng)形變量的影響.圖14(a)中，在20、40和 60 N的載荷下，清除磨屑之后的摩擦系數(shù)分別從清除磨屑之前的1.06、1.04和0.99下降到0.39、0.46和0.44，在20 N載荷下降幅最大，達到63%. 在有表面織構(gòu)的樣品上，織構(gòu)儲存磨屑，導致摩擦系數(shù)增大， 20、40和 60 N的載荷下，摩擦系數(shù)分別為1.28、1.11和1.12，相較于無表面織構(gòu)清除磨屑之前的樣品，增幅同樣在20 N載荷下最大，達到了21%.根據(jù)Halliday等[32]以及Fayeulle等[33]的研究，細小的磨屑在接觸面之間能夠降低摩擦系數(shù)，而被燒結(jié)、團聚在一起的大顆粒磨屑則會增大摩擦系數(shù). 由圖11可知，團聚的大顆粒磨屑數(shù)目較多且分布較廣，并且結(jié)合圖10可知，分布在磨損區(qū)域中部的是較大的塊狀磨屑. 因此，在大顆粒磨屑存在的情況下，掩蓋了小顆粒磨屑降低摩擦系數(shù)的作用. 而在清除磨屑的過程中，大顆粒的磨屑會更容易被清除出去，進而導致摩擦系數(shù)降低；在存在表面織構(gòu)的情況下，大顆粒磨屑堆積更多，進而導致摩擦系數(shù)較無織構(gòu)的樣品更大.

Fig. 8 Variation curves of the system deformation with the load under the fretting cycle number of 84 500, 89 500, 94 500 and 99 500圖8 在第84 500、89 500、94 500和99 500微動運行周次時，對比不同施加位移下系統(tǒng)形變量隨載荷的變化曲線

Fig. 9 Linear relationships between system deformation and load in the gross slip regime under different cycles圖9 清除磨屑后不同運行周次下滑移區(qū)的系統(tǒng)形變量與載荷的線性關(guān)系

類似于摩擦系數(shù)，磨屑越多，系統(tǒng)形變量也越大.圖14(b)中，在20、40和60 N的載荷下，清除磨屑之后的系統(tǒng)形變量分別從清除磨屑之前的10.78、19.15和28.73 μm下降到6.36、11.60和17.92 μm，在20 N載荷下降幅最大，達到41%. 另外，在有表面織構(gòu)的樣品上，表面織構(gòu)儲存磨屑，導致系統(tǒng)形變量增大，在20、40和60 N的載荷下系統(tǒng)形變量分別為12.42、21.08和33.62 μm，相比于沒有表面織構(gòu)的樣品在清除磨屑之前的情況，系統(tǒng)形變量在60 N載荷下的增幅最大，達到了17%.這是因為，磨屑作為第三體材料，又較為疏松，能在兩個接觸面之間起到緩沖的作用，接觸面之間的磨屑越少，緩沖越小，在外力作用下的變形能力也就越差[34].而系統(tǒng)形變量反映的是在微動磨損中通過系統(tǒng)自身的變形來減小相對滑動的能力. 清除磨屑之后，接觸面之間的緩沖小，變形能力差，也就代表此時的系統(tǒng)形變量比穩(wěn)定階段的系統(tǒng)形變量更??；當存在垂直于微動運動方向的溝槽狀表面織構(gòu)時，磨屑被大量儲存，接觸面之間的緩沖好，變形能力強，此時系統(tǒng)形變量較無織構(gòu)時更大.

3 結(jié)論

Fig. 10 SEM micrographs of debris collected from the plate and the ball samples after fretting wear under the load of 40 N and the applied displacement of 40 μm圖10 在40 N載荷、40 μm施加位移下的磨損試驗結(jié)束之后，從平面和球試樣上收集到的磨屑的SEM照片

Fig. 11 SEM micrograph of debris圖11 磨屑形貌的SEM照片

a. 清除磨屑之后繼續(xù)微動磨損試驗，摩擦力和摩擦系數(shù)會下降，進而導致微動循環(huán)圖會由“高瘦”變成“矮胖”；隨著微動磨損的進行，磨屑的產(chǎn)生和排出重新達到平衡之后，微動循環(huán)圖又會恢復到清除磨屑之前的形狀.

Fig. 12 Distribution histogram and distribution curve of the debris size圖12 磨屑粒徑的分布直方圖以及分布曲線

b. 磨損區(qū)域中部的磨屑呈塊狀，而被排出到磨損區(qū)域之外的磨屑呈松散的顆粒狀，其尺寸集中在0.2~1.5 μm，并且尺寸在0.5 μm左右的磨屑最多. 在載荷以及高溫的作用下，一些小顆粒的磨屑會被燒結(jié)成較大的顆粒，導致磨屑尺寸的分布曲線在大于0.5 μm的一側(cè)偏離了正態(tài)分布.

Fig. 13 The distribution of debris of different samples under the load of 40 N and the applied displacement of 40 μm圖13 在40 N載荷、40 μm施加位移下，不同樣品的磨屑分布

Fig. 14 Comparison of (a) friction coefficient and (b) system deformation under the applied displacement of 40 μm when fretting run in gross slip regime under three conditions圖14 在40 μm施加位移下微動磨損處于滑移區(qū)時，三種條件下(a)摩擦系數(shù)和(b)系統(tǒng)形變量的對比

c. 當樣品有垂直于微動方向的溝槽狀表面織構(gòu)時，接觸面之間磨屑較多，摩擦系數(shù)和系統(tǒng)形變量比無織構(gòu)時的更大，其中在20 N載荷下的增幅最大，分別為21%和47%. 當清除磨屑后，接觸面之間的磨屑較少，摩擦系數(shù)和系統(tǒng)形變量比清除磨屑之前更小，其中在20 N載荷下的降幅最大，分別為63%和41%.

d. 在大顆粒磨屑存在的情況下，掩蓋了小顆粒磨屑降低摩擦系數(shù)的作用. 而在清除磨屑的過程中，大顆粒的磨屑會更容易被清除出去，進而導致摩擦系數(shù)降低；在存在表面織構(gòu)的情況下，大顆粒磨屑堆積更多，導致摩擦系數(shù)較無織構(gòu)的樣品更大.