Page 201 - 《摩擦学学报》2021年第6期

986 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

(a) (b)
100
Transmittance/% 80
60

40
20 1 200

0 1 145
4 000 3 000 2 000 1 000
Wavenumber/cm −1

(c) (d)

200 μm 10 μm

Fig. 2 (a) Photograph of PTFE; (b) The total reflection Fourier transform infrared spectrum of PTFE and the scanning range is
−1 −1
4 000 cm to 600 cm ; (c) SEM micrograph of the surface of PTFE, the scale bar is 200 μm. (d) The magnified SEM
image with a scale of 10 μm
图 2 (a)PTFE的实物图片；(b) PTFE的红外光谱图片；(c)PTFE表面的扫描电镜照片，比例尺为200 μm；(d)放大后的
扫描电镜图片，比例尺为10 μm

整的结构，这可有效减小摩擦过程中的互锁现象，避 的磨损以及磨屑向钢球的转移有关. 而当PTFE发生转
免材料在摩擦过程中由于突然的界面跳跃和分离等 移后，由于转移膜的存在使摩擦系数变得相对稳定，
对摩擦起电信号造成干扰. 钢球的接地电流和PTFE摩擦副表面电势趋于稳定. 摩

2.2 摩擦过程中摩擦系数、电流以及表面电势信 擦过程中接地电流的变化与摩擦系数以及表面电势
号的分析 的波动有关. 如图3(d, e, f)所示，摩擦系数、接地电流
图3(a, b, c)分别展示了在摩擦过程中实时采集的 与表面电势的波动幅值之间存在一定的对应关系，反
摩擦系数、来自钢球的接地电流以及PTFE的表面电 映出摩擦副的摩擦起电行为与其摩擦运动状态和摩
势三种信号. 一般来说，PTFE与钢球之间由于摩擦起 擦学行为息息相关，因此利用摩擦电信号的变化可以
电效应会导致钢球的电子流入PTFE表面，从而使得 实现对摩擦系数稳定性的监测. 另外，从图3(c)中可以

PTFE表面带负电直至电荷积累至动态平衡. 从图3(b) 发现，从钢球摩擦副收集到的接地电流具有双极性的
可以看出，在整个摩擦过程中，PTFE的表面电势并不 特征，在不同的摩擦阶段分别表现正电性和负电性，

呈现单调递减的变化趋势，而是当积累到饱和后会反 这与摩擦电子的转移、感应和回注等过程存在内在
向充电达到动态稳定的值. 而当摩擦系数处于较稳定 联系.
的摩擦阶段时，PTFE的表面电势恰好处于从负电势 图4(a)所示为钢球-PTFE摩擦副在不同摩擦运动
进行反向演化的阶段. 从钢球收集的接地电流在这个 方式条件下钢球接地电流信号的对比. 在第一种接触-
过程中表现出先增大后减小再到稳定状态的特征. 这 分离的运动模式下，钢和PTFE两个摩擦副表面由于
三种信号的变化体现出了摩擦电信号对摩擦副摩擦 摩擦起电效应分别被正充电和负充电. 当钢球在接触
学行为信号的响应，有利于揭示摩擦过程中界面的一 和分离的过程中，两个表面之间变化的距离引起电场
些现象. 其中PTFE表面电势的变化可能与其表层材料 的改变从而驱动电子在外电路中来回流动，产生了交