第十五届全国表面工程青年学术会议

高速列车用EA4T车轴钢在服役过程中，存在轮对、轴承等部件的微动接触，磨损引发微裂纹萌生，复杂载荷条件下裂纹扩展并发生断裂，导致寿命大幅衰减，严重威胁车辆安全。DLC涂层作为一种优异的固体润滑材料，其优异的减磨能力可为微动疲劳提供潜在的防护作用。本文以EA4T钢基体与沉积DLC涂层试样为研究对象，开展了拉压微动疲劳试验，通过分析微动疲劳损伤演化过程，揭示DLC涂层对微动疲劳寿命、损伤形貌及磨损机制的调控规律。主要结论归结如下：
（1）相同应力下拉压微动疲劳寿命远低于常规拉压疲劳；EA4T钢拉压微动疲劳S~N曲线呈倾斜“Z”字形，根据二类微动图理论，将疲劳应力不同阶段划分为PSR、MR、SR。在PSR，微动接触损伤较轻，疲劳寿命相对较高；在MR，磨损较为严重，疲劳寿命快速减少，磨损继续加重，微裂纹被磨损减少，寿命反而升高；在SR，疲劳应力占主导作用，寿命随应力升高持续下降。
（2）DLC涂层通过抑制表面微动损伤延缓裂纹萌生从而达到提高微动疲劳寿命的效果。DLC涂层通过降低摩擦系数、抑制微动磨损与微裂纹萌生，有效提升疲劳寿命并弱化MR的劣化效应。DLC涂层磨损过程中，先通过sp3→sp2石墨化形成自润滑类石墨层，通过石墨的低剪切特性降低磨损；后续循环中，经C基磨屑构建转移膜，填补磨损凹坑并降低磨损；通过形成C/Fe复合磨屑抑制Fe基磨屑氧化，脆性粒子减少同时抑制磨粒磨损，进入三体磨损，实现低摩擦系数下的稳定磨损阶段。

EA4T车轴钢；DLC涂层；拉压微动疲劳；损伤机制