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摩擦磨损是金属材料最普遍的失效形式之一。磨损不仅会造成资源与能源的损耗,而且会带来安全隐患、环境污染等问题。于此,提升金属材料的摩擦学性能对国家经济发展及保护环境具有重要意义。本文采用激光表面织构(LST)加工技术在304不锈钢上加工了不同参数的沟槽型织构,研究了织构试样在干摩擦及油润滑条件下的摩擦学行为,并综合利用织构及PTFE涂层复合改性来提高不锈钢基体的摩擦学性能。通过实验研究、分析表征及模拟仿真,得出了以下结论:(1)制备了不同宽度和间隔的沟槽织构试样,通过往复干摩擦实验发现,在大载荷(20 N)下,织构试样平均摩擦系数高于未织构试样;在小载荷(5 N)下,织构试样的平均摩擦系数较未织构试样降低10%～15%。沟槽织构试样表现出良好的抗磨性能,其中宽度和间隔均为100μm的沟槽试样具有最佳的耐磨性能,其磨损体积与无织构试样相比降低56.0%。通过磨痕形貌分析可推断,载荷5 N时,在摩擦过程中沟槽能充当磨屑的“出口”,减少摩擦界面磨屑的堆积,从而降低磨损。(2)制备了不同深度沟槽织构试样,并通过往复摩擦试验研究织构试样在PAO6润滑油中的摩擦性能。研究发现,沟槽织构深度显著影响织构试样的摩擦性能。沟槽深度为10μm的试样摩擦系数最小,约为0.10,与无织构的试样相比摩擦系数降低了60%以上;沟槽深度为20～30μm的试样,初始摩擦系数为0.30～0.40,但随着沟槽深度因磨损而变浅,达到10～15μm时,摩擦系数也会接近0.10。通过CFD模拟仿真分析发现沟槽试样在油润滑条件下摩擦会因润滑油的楔形效应产生升力,浅的沟槽能产生较大的升力回馈,而沟槽较深的织构试样在摩擦过程中润滑油会产生回流现象,削弱楔形效应,使升力变小、摩擦系数变大。(3)通过旋涂的方法分别在沟槽织构与未织构不锈钢表面制备了PTFE涂层,并进行了不同载荷的摩擦实验。测试结果表明,沟槽织构能大幅提升PTFE涂层的承载能力和耐磨寿命。当载荷增加到10 N后,未织构表面上的PTFE涂层会在摩擦半小时内发生失效;而沟槽织构上的PTFE涂层在载荷为50 N条件下能长时间保持较低且稳定的摩擦系数,不发生磨损失效。(4)在不锈钢沟槽织构表面通过简单旋涂方法制备了改性石墨烯/聚四氟乙烯(mGO/PTFE)复合涂层,研究了mGO填充改性对织构表面mGO/PTFE复合涂层的摩擦学性能的影响。为解决GO在PTFE乳液中的均匀分散问题,采用硅烷偶联剂A151对GO进行接枝改性处理得到改性石墨烯(mGO)。通过往复摩擦实验测试发现,mGO/PTFE复合涂层呈现很好的摩擦学性能。与纯PTFE涂层相比,mGO含量1%的复合涂层的摩擦系数在载荷为1 N时降低了近40%,载荷为10 N时降低了25%。同时发现,mGO还能显著提升PTFE涂层的结构致密性和耐磨性能。