レーザーテクスチャリングが316Lステンレス鋼の摩擦特性に与える影響

寄稿者: Sun Xiaoyu、Zhang Hang 寄稿部署: 西安交通大学機械製造システム工学国家重点研究室出典: 中国機械工学会付加製造技術 (3D プリント) 支部

武漢国家特殊表面保護材料および応用技術重点研究室の李文玄氏らは、レーザー加工技術を使用して、316Lステンレス鋼の表面に3種類のテクスチャ（溝、四角いピット、丸いピット）を作成し、テクスチャ表面の突起の一部を研磨しました（図1を参照）。その目的は、異なる作業条件とテクスチャ形状の下で、加工された突起が316Lステンレス鋼の表面摩擦特性に与える影響を研究し、関連する摩耗メカニズムを提案することです。

図1 レーザー加工により作製された3種類の表面：（a）～（c）研磨されていない表面、（d）～（f）研磨された表面。著者らは、これら3つのテクスチャを研磨グループと研磨されていないグループの2つのグループに分け、テクスチャのない表面とともに、摩擦摩耗試験機を使用して、乾式摩擦、油潤滑、海水潤滑の3つの作業条件下で試験しました。すべての作業条件下で、研磨済みおよび研磨されていないテクスチャサンプルの摩擦係数は、テクスチャなしのサンプルよりも早く安定に達し、研磨されていないテクスチャサンプルは安定に達するまでの時間が最も短いことがわかりました。

第二に、テストでは、すべての作業条件下で、レーザー加工された突起を保持することで、316Lステンレス鋼表面の耐摩耗性を向上させることができ、その中でもオイル潤滑条件下での摩耗の減少が90.7%と最大であることがわかりました。主な理由は 2 つあります。1. レーザー加工時の極めて急速な加熱と冷却により表面が硬化し、耐摩耗性が向上します。2. オイル潤滑条件下では、加工突起によりテクスチャのオイル貯蔵容量が増加し、流体動圧効果が強化され、材料表面の耐摩耗性が効果的に向上します。（図2参照）

図2 油潤滑条件下での3つのテクスチャを持つ研磨済みおよび研磨されていないサンプルとテクスチャベースのないサンプルの摩耗痕の深さ次に、著者らは、テストによって引き起こされる摩耗形態と摩耗メカニズムを分析し、乾式摩擦条件下では、研磨済みおよび研磨されていないサンプルの表面の摩耗メカニズムは主に凝着摩耗であり、摩耗量が最大であることを指摘しました。油潤滑条件下では、表面摩耗メカニズムは研磨摩耗であり、摩耗量は減少します。海水潤滑条件下では、表面摩耗メカニズムも研磨摩耗であり、摩耗量は3つの条件の中で最も小さいです。（図3参照）

図3 海水潤滑条件下での表面テクスチャ加工試験片の研磨面(a)、(c)、(e)と未研磨面(b)、(d)、(f)の表面摩耗形態。レーザー表面テクスチャ加工では、必然的にエッジ突起が生成されます。現在、レーザー加工による突起は直接研磨で除去するのが一般的ですが、この方法では表面突起が摩擦対に与える影響が無視されます。本論文の研究を通じて、レーザー加工突起が摩擦性能にプラスの影響を与えることがわかった。そのため、海底などの特殊な応用シナリオや作業条件では、材料表面の研磨工程を適宜削減することができ、経済性と材料表面の耐摩耗性を向上させることができる。

参考文献:
Li WX、Liu Y、Duan HT、他「レーザーテクスチャリングバルジが316Lステンレス鋼の摩擦特性に及ぼす影響[J]」表面トポグラフィー：計測と特性、2023年、11(1)。

レーザーテクスチャリングが316Lステンレス鋼の摩擦特性に与える影響

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