13、石墨、CaF₂和MoS₂涂层机械微织构自润滑刀具的摩擦学与加工性能研究

石墨、CaF₂和MoS₂涂层机械微织构自润滑刀具的摩擦学与加工性能研究

1 引言

在机械加工领域，切削液的使用存在诸多问题，如危害操作人员健康和造成环境污染。因此，行业正逐渐向干式加工转变。然而，干式加工会导致刀具与工件界面的摩擦力增大，产生大量热量，进而引起刀具表面的月牙洼磨损和后刀面磨损。为了减少热量产生和降低刀具 - 工件界面的摩擦系数，研究人员和行业采用了多种替代方法，其中表面织构技术是一种有效的手段。

表面织构是通过在平面上制造特定图案的凹槽、凹坑等对表面进行改性。它可以减少滑动接触面积、储存固体润滑剂、提高承载能力并捕获磨损碎屑。常见的表面织构技术包括光化学、聚焦离子束、电火花加工和激光加工等，但这些技术存在形成化学影响层、残余应力、大热影响区、重铸层、表面裂纹和成本高等缺点。而传统的机械表面织构方法，如使用划痕测试仪、维氏硬度测试仪或洛氏硬度测试仪，可以避免这些问题，且制造微织构简单且成本低。

对于自润滑刀具，通常会在刀具前刀面涂覆、填充或打磨固体润滑剂。固体润滑剂如石墨、氟化钙（CaF₂）、二硫化钼（MoS₂）和二硫化钨（WS₂）具有无放射性、无毒、低挥发性、化学惰性、强附着力和良好承载能力等优点。

本研究旨在比较三种固体润滑剂（石墨、CaF₂和MoS₂）涂覆在机械微织构高速钢（HSS）销表面的性能。通过销 - 盘摩擦磨损试验机进行干式滑动试验，研究摩擦系数、销磨损、重量损失和磨损系数等参数。同时，使用未织构、未涂层织构和固体润滑剂涂层的机械微织构HSS刀具进行加工试验，以关联摩擦学和加工性能。

2 材料与方法

2.1 材料选择

• 销/刀具材料 <