Page 109 - 《摩擦学学报》2021年第6期

894 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

0.40
24 2
Friction coefficient, μ 0.35 22 Penetration depth, d p /μm Residual depth, d r /μm f =0.78υ 0.05 0.9 Elastic recovery rate, f

d p =−0.07υ+24.13
20 1
d r =−0.023υ+2.22 0.8

0 10 20 30 40 50 60 0 10 20 30 40 50 60
Scratch speed, υ/(mm/min) Scratch speed, υ/(mm/min)
(a) Friction coefficient, penetration depth vs scratch speed (b) Residual depth, elastic recovery vs scratch speed
0.135
0.27

0.130
μ a +μ v
μ p
0.24
0.125
μ p =−0.000 2υ+0.134
0.24
0.120

0 10 20 30 40 50 60
Scratch speed, υ/(mm/min)
(c) Ploughing friction coefficient, the sum of adhesion and viscoelastic friction coefficient vs scratch speed

Fig. 4 Relationship between scratch parameters and scratch speed under single scratch (F n =5 N)
图 4 单次划痕下，划痕参数与划痕速度的关系(F n =5 N)

头与PC接触区域的分子运动不一致有关，分子链段之 凹槽上连续划痕次数对耐磨性的影响，图中d 和d 曲
r
p
间的纠缠和剪切作用最强，随着υ的进一步增加，接触 线表明连续10~11次划痕后，塑性变形和表面损伤保
区域的分子链段无法跟上压头的运动，从而导致黏性 持不变. 从图5(c)中可以看出，相同划痕速度下，当
[33]
阻力减弱 . 从图4(b)能看出，划痕速度对d 和f有较大 F 增加时，d 和d 增加，而图5(d)显示在恒载条件下
r
r
n
p
影响. 在5 N法向载荷下，d 随着υ的增加而降低. f在划 d 和d 随着划痕速度的增加而减小，主要是因为随着
p
r
r
痕速度为60 mm/min时最高，在4 mm/min时最低. 这表 载荷的增加和划痕速度的降低，聚合物长链的形状记
明，在压头以较高划痕速度υ划过试样时，试样会有较 忆性能弱化. F 增加会引起应变硬化趋于稳定的划痕
n
高的f，这归因于压头与试样表面的相互作用时间较 次数减少，4 N载荷下第7次划痕时达到稳定，而2 N时
短，球端下面的聚合物链能更快地恢复到原来的卷曲 则第11次达到稳定，这与前人的试验结果一致 [17-18,34] .

[18]
状态 . 2.3 第15次划痕性能研究

2.2 多程单向滑动磨损性能研究 由图6可看出，随着F 的增加，μ和μ 线性增加，
n
p
在1 N和4 mm/min条件下，划痕次数t增加时， d 和d 也呈增加趋势，而f降低. 如图7所示，当υ增大
r
p
ω 线性增加，H 线性减小，如图5(a)所示，表明样品表 时，μ先增加后减小，μ 、d 和d 减小，f增加，与单次划
p
s
s
r
p
面的磨损情况随着t的增加而变得严重. 图5(b)中μ、 痕结果基本一致，不同的是μ +μ 随着F 增加而降低，
n
a
v
d 和d 均随着t的增加呈增长趋势，且增长速率逐渐减 原因是压头在同一划痕凹槽划刻15次后，与压头接触
p r
少，一定划痕次数后3条曲线逐渐达到饱和状态，这归 的表面产生应变硬化现象，F 越大，划刻15次的表面
n
于应变硬化效应. 聚合物的硬化层在划痕及其周围区 应变硬化越显著，塑性变形占主导.
域形成，每次划痕后硬化层的状态都会比上一次划痕 单次划痕时PC较软，压头初次划擦时能较容易地
更紧密，并对压头施加的力产生几乎相等的阻力，因 压入材料，而材料表面经过多次划擦后，与压头接触
此d 和d 的增加速率逐渐减小. d 和d 可用来衡量同一 的部分及一定深度的材料会形成硬化层，且随着划痕
p
r
p
r