材料实验室的气氛,因为新任务的注入,陡然变得如同作战指挥部般紧张。原有的实验室格局被迅速调整,一角被划定为“无稀土界面筛选实验区”。几台高频摩擦磨损试验机被重新校准,加装了临时设计的、能够容纳小尺寸试片并施加可控法向力和切向振动的专用夹具,以及红外测温探头和微力传感器。一台小型激光微加工设备和一台精密蚀刻机开始嗡嗡作响,按照谢煜林和王工共同确定的参数,在一块块巴掌大的GH4169合金试片上,刻蚀出不同直径、深度和排列间距的微坑阵列。
理论组在老韩的授意下,派来了一位专攻材料计算和摩擦化学的年轻博士,名叫周浩。他带来了厚厚的资料和初步的筛选结果。基于热力学计算和有限的摩擦化学数据库,他们排除了数十种明显会产生有害磨屑或剧烈磨损的材料组合,初步筛选出五组“理论上可能存在有趣摩擦学行为”的配对:GH4169/特种青铜、GH4169/表面氮化钛涂层、GH4169/某种非晶合金薄片、GH4169/氧化锆陶瓷,以及GH4169/另一种特定成分的镍基合金(与GH4169成分稍有不同,旨在诱导轻微的成分互扩散)。
“这些都是基于现有数据和简单模型的大致指向,具体效果,尤其是能否产生‘高耗散’,完全未知。”周博士扶了扶眼镜,严谨地补充道。
“有方向就好。”谢煜林看着那五组材料名单,心中快速评估。特种青铜和非晶合金薄片引起了了他的注意。青铜的塑性较好,与GH4169的硬度差较大,可能在摩擦中产生独特的塑性变形和能量吸收模式。非晶合金则因其长程无序结构,往往具有不同于晶态合金的摩擦和磨损特性,也许能产生非线性的摩擦响应。
他和王工、周博士迅速敲定了筛选实验的具体方案:制备三类试片——光滑基准试片(对照组)、三种不同微坑阵列参数的织构试片、以及五组材料配对的双片组合(每对包括一个GH4169试片和一个配对材料试片)。每类试片准备三组,以降低偶然误差。实验工况设定三个水平:常温、150摄氏度、300摄氏度;法向压力固定,切向振动频率和幅值模拟“启明”界面可能的中低频段特征。
实验数据重点采集:摩擦系数实时曲线、输入功、试片温升、振动台驱动电流(间接反映系统阻尼变化)、以及实验后试片表面的微观形貌。
任务分解下去,材料实验室的技术员们立刻像上了发条一样忙碌起来。激光雕刻的滋滋声、蚀刻液的轻微腐蚀声、磨床抛光试片的沙沙声、以及设备调试的电子提示音,交织成一首紧张的技术交响乐。
谢煜林没有离开。他就在这里,充当着技术枢纽和临时决策者。王工负责具体实验执行和设备保障,周博士提供理论支持和数据处理建议,而谢煜林则要把握整体方向,随时根据初步现象调整实验参数或试片组合。
第一天,主要是试片制备和设备调试。直到傍晚,第一批光滑基准试片和一组最简单的微坑阵列试片才准备好,开始了首次常温下的对比实验。
谢煜林、王工、周博士都围在试验机旁,盯着电脑屏幕上跳动的数据。光滑试片的摩擦曲线相对平稳,摩擦系数在0.4左右小幅波动。换上微坑阵列试片后,摩擦曲线开始出现肉眼可见的、周期性的微小“毛刺”,摩擦系数的平均值略有下降,但波动性增加。
“微坑似乎起到了一定的储油(如果有润滑)或储屑作用,改变了接触状态。”周博士分析道,“但能量耗散……从输入功和温升看,差异不显著,至少在常温下。”
这个结果在预期之中。简单的几何织构,在温和条件下,效果有限。
“升温,到150度。”谢煜林下令。温度升高,材料软化,界面氧化可能加剧,或许会放大差异。
第二组实验开始。随着温度升高,光滑试片的摩擦系数有所上升,曲线噪声增大。微坑阵列试片的摩擦曲线变得更加“活跃”,毛刺更多,偶尔会出现短暂的、幅度稍大的跳动。温升数据也显示,微坑试片的局部温升比光滑试片平均高了约3摄氏度。
“有变化!”王工眼睛一亮,“虽然不大,但趋势出来了。微坑在高温下,似乎促进了某种更复杂的接触和能量转换。”
谢煜林仔细看着那偶尔跳动的曲线,脑海中系统知识库里的相关信息被激活。高温下,微坑边缘可能因为应力集中和温度共同作用,发生更明显的塑性变形甚至微区相变,消耗能量。同时,微坑内可能形成局部高温点,促进氧化或轻微的材料转移,这些过程都会耗散能量。
“记录这个现象。明天尝试调整微坑的深度和间距,看看有没有更优参数。”谢煜林指示道,“现在,准备材料配对试片,先从GH4169/特种青铜开始。”
青铜试片被安装到位。随着振动开始,摩擦曲线呈现出与之前完全不同的形态!它不是平稳的,也不是规则的毛刺,而是一种近乎“锯齿状”的、大幅度、高频次的剧烈波动!摩擦系数在0.3到0.7之间疯狂跳动!同时,红外测温显示,接触区域的温升速度远超之前任何一组实验!
“我的天……这么剧烈!”操作试验机的技术员忍不住低呼。
“停!立刻停止!”谢煜林喊道,他怕试片在这样剧烈的摩擦下迅速损坏。试验机停下,他们小心地取下试片。只见GH4169试片表面出现了明显的、带有金属光泽的转移层,而青铜试片表面则被磨出了一道深深的沟槽,沟槽内布满细密的、熔融后又凝固的金属颗粒。
“这不是简单的摩擦磨损……”周博士凑近观察,声音带着激动,“这是剧烈的粘着磨损和摩擦热导致的局部微熔!能量耗散……非常大!”