Page 107 - 《摩擦学学报》2021年第6期

892 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

(a) (b) R Pile-up
F n
F t
d p
ω c
Indenter ω s
R
(c)
d p R Sink-in
PC d p
ω s
Scratch direction ω c

Fig. 1 (a) Schematic diagram of microscratch test; (b) Cross section of groove with the formation of
pile-up; (c) Cross section of groove with the formation of sink-in
图 1 (a)微米划痕测试的示意图；(b)堆积形成时沟槽的横截面；(c)下沉形成时沟槽的横截面

利用一种可以产生可忽略变形的小载荷5 mN获得表 塑性流动引起的犁耕摩擦. PC是一种典型的聚合物，
面轮廓信息 ，其高度正负值分别对应于表面轮廓的 其黏弹性行为对摩擦响应有显著影响，因此除了μ 和
[20]
a
下降和上升. 在划痕试验和扫描后，以初始表面高度 μ 外，还包括黏弹性摩擦系数μ .
p v
作为变形基线从位移传感器中减去可以消除表面倾 由d 和R根据式（2）可计算出μ p [22] .
p
[21]
斜的影响，获得残余压入深度和残余深度 . √ 2Rd p −d p 2 √
2
2R arcsin −2(R−d p ) 2Rd p −d 2
在每次试验中，各物理量(压入深度d 、摩擦力 µ p = R p (2)
p
2
F 和摩擦系数μ等)在划痕过程中会不断波动，可以归 π(2Rd p −d )
p
t
[26]
因于划痕过程中存在的黏滑现象、材料组织分布和塑 弹性恢复率f可由d 和d 通过式（3）获得 ：
p
r
性变形的不均匀性 [22-23] . 各物理量在试验初始和结束 d p −d r
f = (3)
阶段不稳定，数值会有所波动，不能考虑到计算中，在 d p
0.30~0.75 L范围内各物理量达到稳定，取该范围内数 局部应变率可能比整体变形大几个数量级. 虽然
据的平均值作为最终的测量值，如图2所示. 在试验上很难可靠地测量应变率，但可以根据划痕速

2.1 单次划痕性能研究 度υ和划痕宽度ω(残余划痕宽度ω 与几何划痕宽度
s
[27]
划痕试验下，μ定义为F 与施加在被测材料表面接 ω )估计平均局部应变率dε/dt ，如式（4）所示.
c
t
触的运动尖端的F 之比，使用公式(1)进行计算 [24-25] . dε υ
n
= (4)
dt ω
F t
µ = ≈ µ a +µ p + µ v (1)
刚塑性材料的划痕硬度不会随应变率发生显著
F n
式中：μ 表示局部黏着摩擦，μ 表示由压头尖端周围的 变化，但聚合物的划痕性能因其黏弹塑性而具有一定
a
p
2.0 20 10 0.6
F t 18 8
Tangential force, F t /N 1.0 μ d p 16 Pentration depth, d p /μm 6 4 Residual depth, d r /μm 0.4 Friction coefficient, μ
1.5
14
0.5
d r 0.2
12 2
Stable range
0.0 10 0 0.0
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
Scratch distance, L/mm

Fig. 2 Results of microscratch test (F n =4 N, υ=1 mm/min)
图 2 微米划痕测试的结果(F n =4 N, υ=1 mm/min)