Page 86 - 《摩擦学学报》2021年第6期

第 6 期 李哲, 等: 固体表面FAS膜转移对面接触油膜润滑影响的试验研究 871

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系数与磨损. Choo等 的研究表明有机摩擦改性剂可 SiO )，玻璃盘工作表面的二氧化硅膜具有亲油性，试
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以改变表面张力，促进滑移，减小摩擦力. 鲍建辰 在 验中所使用的FAS具有疏油性.
光弹流试验中加入1％的硬脂酸油性添加剂后，摩擦 试验过程中，通过干涉条纹数量来确定楔形滑块
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副表面能降低而膜厚增加. 倾角的大小，倾角依靠螺栓来调节 . 干涉条纹数与
在上述研究中，油膜润滑的表面修饰研究主要集 滑块倾角的关系如公式(1)所示.

中在表面织构、表面涂层和润滑油添加剂吸附等方面. λN
α = (1)
相关研究表明，摩擦副原位形成的转移膜也改变表面特 2nB
性，例如PTFE转移膜可产生自润滑效应 [14-15] . Choudhury 式中：α—滑块倾角；λ—入射光波长，单位为m； N—干
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等 的试验表明，AgNPs有利于促进转移膜的形成， 涉条纹数；n—润滑介质的折射率；B—滑块宽度，单位
降低摩擦系数. 聚醚醚酮(PEEK)转移膜的润滑效应主 为m.

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要应用在人工植入等医学领域 [17-18] ，Tatsumi等 的研 1.2 试验材料和试验条件
究发现PEEK转移膜的数量与PEEK-钢接触的摩擦学 试验所用的滑块尺寸为4 mm×4 mm×10 mm，表
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性能有很好的相关性. 除此之外，Zhao等 发现聚合 面粗糙度R 为10 nm；玻璃盘材料为BK9，表面粗糙度
a
物转移膜明显改善了摩擦副的减摩抗磨性能. 赵艺蔓 R 为4 nm，直径140 mm，厚度15 mm. 试验在钢块和玻
a
−4
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等 通过钢球与含氢非晶碳膜钢板对摩，在干摩擦的情 璃盘固定倾角条件下进行，倾角α=5.4×10 rad；玻璃
盘速度为1.8~125. 9 mm/s；载荷为2和4 N；所用润滑油
况下，钢球表面形成了转移膜，获得了较低的摩擦系数.
为 聚 α烯 烃 基 础 油 (PAO10)和 聚 醚 类 合 成 基 础 油
以上转移膜的研究都是在固-固接触的条件下形
(PAG)，表1给出了其动力黏度和折射率. 试验中玻璃
成的，研究者也常常在摩擦副表面涂镀表面特性不同
盘的轨道半径为21.5和43 mm，供油量为2和3 μL. 试
的薄膜来改善油膜润滑的特性. 这些膜的转移，也是
验过程中室温保持为22±1℃，湿度控制在相对湿度为
人们关注的问题. 本文作者运用面接触润滑油膜测量
65%±5%.
系统，在限量供油条件下，探究了固体表面FAS(十七

氟癸基三甲氧基硅烷，C H F O Si)膜的转移对膜厚 表 1 试验用润滑油的动力黏度和折射率
13 17
3
13
的影响，以及FAS膜转移前后两种表面对限量供油润 Table 1 Dynamic viscosity and refractive index of
滑行为的影响. lubricants used in experiment

Lubricant Dynamic viscosity/(mPa· s) Refractive index
1 试验装置与试验条件 PAO10 130.2 1.46
PAG 132.2 1.47
1.1 测量系统
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试验采用面接触润滑油膜测量系统 ，利用光干 1.3 样品的制备及表征
涉法测润滑油膜厚度. 如图1所示，由静止滑块和旋转 图2给出了表面修饰的过程，将40 μL的FAS滴在
玻璃盘组成固定夹角为α的楔形间隙. 其中，玻璃盘表 烧杯中，在真空干燥箱300 ℃加热150 min，加热结束
面镀有底层铬和工作表面二氧化硅双层膜系统(记为 后随炉冷却至室温. 该过程改变了滑块工作面和侧面

Adjustment bolt Load

Slider FAS
Lubricant
α
Sliders
h 0
Inlet Outlet
Glass disc
Cr+SiO 2
u d
Incident light Coherent light

Fig. 1 Schematic illustration of the slider-bearing test bed Fig. 2 Schematic illustration of coating FAS process
图 1 滑块-轴承试验台示意图 图 2 FAS镀膜过程示意图