随着现代工业技术的不断发展,对轴承在特殊工况下仍能正常工作的要求越来越高,液体润滑已经难以充分发挥润滑作用。微织构自润滑技术应运而生,成为滑动摩擦副在恶劣环境下的一种有效自润滑途径。本文系统开展了激光微织构自润滑表面及其在液体介质中的滑动摩擦性能及机理研究。首先,利用激光表面微织构技术在GCr15轴承钢表面进行了微织构工艺试验,考察了激光头距试样表面距离、脉冲重复次数、单脉冲能量对GCr15轴承钢表面微凹坑形貌参数的影响;选择适当的激光加工参数对不同涂层表面进行微织构加工,考察了几种单一涂层材料和复合涂层材料对激光表面蚀除凹坑体积和凹坑周边熔渣体积的影响,并在此基础上设计正交试验,探究了混合涂层的最佳配方。其次,在GCr15轴承钢表面进行织构化加工,对不同的填充方案进行了比较,在此基础上,选用较优的―保温保压固化法‖填充方案分别填充不同的固体润滑剂,并研究了GCr15轴承钢在填充不同润滑剂下的摩擦性能,并在此基础上,选择具有较优滑动摩擦特性的固体润滑剂来设计正交试验,研究最优化的复合润滑剂配方。再次,以环-环面接触滑动摩擦副为试验摩擦副进行了微织构自润滑表面滑动摩擦磨损试验,分别考察了表面润滑处理方式、织构密度、工况对其摩擦性能的影响。最后,为了进一步研究微织构表面自润滑性能,本文还结合液体润滑,研究了在液体介质中表面润滑处理方式及工况对微织构自润滑表面滑动摩擦性能的影响,并对比研究了不同润滑处理在不同工况下对滑动表面摩擦性能的影响,并得到了以下结论:(1)当激光头距试样表面距离为1.5 mm时,可以获得较好的加工形貌;随着脉冲次数的增加,微凹坑深度和直径分别呈增大和先缓慢增大后缓慢减小的变化趋势;微凹坑直径和深度均随单脉冲能量的增大而增大,且其增加幅度均不断减小。(2)相比无涂层试样,绿料和水玻璃涂料可以显著提高试样表面对激光的吸收率,且加工表面质量得到提高,其中,绿料性能最佳,蚀除凹坑体积增加了29.4%,凹坑边缘熔渣体积减少了43%;水玻璃/绿料(C-8)复合涂层相比单一水玻璃(C-2)和绿料(C-3)涂层可以更好地提高激光表面微织构加工效率,其效果高于单一C-2和C-3涂层之和,而且并不影响激光微织构加工表面质量;由正交试验可得,绿料含量17%、粘结剂含量18%的涂料为最优的涂料配方,喷涂时,涂层厚度控制在0.1 mm左右。(3)分别采用不同填充方案将固体润滑剂填充至试样表面微织构中,从单个微凹坑填充率、整个表面有效填充率以及表面滑动摩擦特性等多个方面对不同填充方案进行对比研究,结果表明:“保温保压固化法”填充方案综合性能明显优于“模具热压固化法”;(4)纳米固体润滑剂相比微米润滑剂具有更好的滑动摩擦性能;复合润滑剂的最优配方为Gr:Mo S2:PI:CNTs=4:1:0.5:0.4,其中,各因素对摩擦系数影响的主次顺序为:CNTs>Gr>PI>Mo S2。(5)微织构自润滑技术可以大幅改善光滑表面的摩擦磨损性能;试样表面摩擦系数和摩擦副磨损率均随织构密度的增加而先减小后增大,最佳织构密度为33.2%~41.7%;摩擦系数分别随着载荷和滑动转速的增加而呈现减小和先减小后增大的变化趋势;试样表面微凹坑中固体润滑剂呈凸起现象,并沿滑动方向表现一定梯度的堆积。(6)在液体(润滑油和润滑脂)介质中,微织构自润滑表面在不同的载荷和转速下的摩擦磨损性能均得到了提高。