Page 207 - 《摩擦学学报》2021年第6期

992 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

0.2 200 2.5
(a) (b) Stability time of (c)
friction coefficient 2.0
Friction coefficient 0.1 Time/s 100 of surface potential W friction force /J 1.5
150
Reverse change time

1.0
50
0.5
0.0 0 0.0
1 2 5 8 10 1 2 5 8 10 1 2 5 8 10
Load/N Load/N Load/N

Fig. 8 Effect of load on the reverse evolution of PTFE surface potential: (a) Effect of load on the friction coefficient;
(b) Comparison of the time when the surface potential starts to evolve in the reverse direction and the time when the
friction coefficient starts to stabilize at different loads; (c) Comparison of the work done by friction force before the
surface potential starts to invert at different loads
图 8 载荷对PTFE表面电势反向演化的影响：(a)载荷对摩擦系数的影响；(b)在不同的载荷下表面电势开始反向演化以及
摩擦系数开始稳定的时间；(c)不同载荷下在表面电势开始反演前摩擦力做功的对比

0.2 800 2.5
(a) (b) Stability time of (c)
friction coefficient 2.0
Friction coefficient 0.1 Reversal time/s 400 of surface potential W friction force /J 1.5
600
Reverse change time

1.0
200

0.0 0 0.5
0.0
0.89 2.67 4.46 7.11 8.90 0.89 2.67 4.46 7.11 8.90 0.89 2.67 4.46 7.11 8.90
Linear speed/(cm/s) Linear speed/(cm/s) Linear speed/(cm/s)

Fig. 9 Effect of friction speed on the reverse evolution of PTFE surface potential: (a) Influence of the sliding speed on friction
coefficient; (b) Comparison of the time when the surface potential starts to evolve in the reverse direction and the
time when the friction coefficient starts to stabilize at different sliding speeds. (c) Comparison of the work done by
friction force before the surface potential starts to invert at different sliding speeds
图 9 摩擦速度对PTFE表面电势反向演化的影响：(a) 滑动速度对摩擦系数的影响；(b)在不同滑动速度下的表面电势开始反
向演化以及摩擦系数开始稳定时间的对比；(c)不同滑动速度下在表面电势开始反演前摩擦力做功的对比

下，表面电势开始反向变化的时间以及摩擦系数开始 系数进入稳定阶段时间点具有良好的对应性. 因此，
稳定的时间约为650 s，而随着速度的增加，二者逐渐 利用摩擦起电电势开始反向演化的时间作为检测钢-
变小直至达到稳定. 这可能是因为在较高的速度下， PTFE摩擦进入稳定阶段的标志，对于未来智能监测
PTFE表面的电荷更快地趋向于饱和状态并且使表层 摩擦副的跑合期长短具有潜在的应用价值，同时在摩
的材料更迅速地发生剥离并向钢球发生了转移. 如图9(c) 擦过程中原位收集多种形式的数据信号也有助于更
所示，根据在不同速度下所做的摩擦功来看，摩擦功 深入理解界面摩擦及摩擦起电的本质.

与反转时间没有出现单调递增或递减的趋势，这是因
3 结论
为速度的增大一方面会导致摩擦力的增大，另一方面
反转时间内位移的变化并非是单调性变化的，在速度 a. 钢-PTFE摩擦过程中，实现了摩擦系数、钢球的

为4.46 cm/s时出现了最小的摩擦做功情况. 接地电流和PTFE的表面电势的同步收集，且发现三
总之，钢-PTFE之间的摩擦起电受到多种因素的 种信号的波动幅值存在正相关性. 钢球的接地电流由
影响，其摩擦起电过程中界面的电子转移受到摩擦方 于受到电子转移以及电荷感应/电子回注的影响表现
式的重要影响，并且摩擦电信号的波动与摩擦系数的 出双极性的电流峰形，这与磨痕区域内难以耗散的静
波动存在内在的联系. 不同载荷以及摩擦速度的变化 电相关.
趋势证明了PTFE表面电势反向演化的时间点与摩擦 b. 在钢-PTFE摩擦过程中PTFE的表面电势发生