Page 102 - 《摩擦学学报》2020年第4期
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512                                     摩   擦   学   学   报                                 第 40 卷


            6个月以上.                                             间为60 min，3组试验载荷和往复频率分别为20 N/
            1.2    摩擦学试验                                       30 Hz、30 N/20 Hz和40 N/10 Hz. 试验过程中，试验机

                采用德国Optimal公司产SRV磨损试验机考察蛇                      实时测量上下试样间摩擦接触电阻(Electrical Contact
            纹石添加剂对油润滑条件下锡青铜摩擦磨损的影响，                            Resistance, ECR)随时间的变化，用以在线监测不同试
            选用球-盘接触的往复滑动模式，上试样GCr15钢球                          验条件下摩擦副间非导电摩擦反应膜的动态形成过
            (HRC59-61，Φ10 mm)往复运动，下试样锡青铜圆盘                     程. 试验结束后，采用奥林巴斯LEXT OLS4000型激光
            (HV 160~170，Φ25.4 mm×6.88 mm)保持固定，锡青               共焦显微镜测量下试样的磨损体积. 每组参数进行
                0.2
            铜的化学成分列于表2中. 往复滑动行程为0.8 mm，时                       3次试验，取其平均值作为最终结果.

                                                表 2    试验用锡青铜的化学成分
                                 Table 2    Chemical composition of the tin bronze used in the test (w/%)

               Element    Sn         Pb         P         Al       Fe        Si       Sb        Bi      Cu
               Content   6.0~6.5  0.01~0.02  0.15~0.20  ≤0.002    ≤0.05    ≤0.02    ≤0.002    ≤0.002    Bal.

            1.3    磨损表面分析                                      擦接触电阻明显增大.
                采用FEI产Nova Nano SEM 450场发射扫描电镜                     图3为不同试验条件时，基础油和含蛇纹石油样
            (FESEM)及其配备的X射线能谱仪(EDS)分析磨损表                       润滑下锡青铜的磨损体积变化. 可以看出，不同载荷
            面形貌及元素构成；利用Thermo Fisher产ESCLAB 250Xi              和往复滑动频率条件下，含蛇纹石油样润滑下试样磨
            型多功能X射线光电子能谱仪(XPS)分析磨痕表面主                          损体积同基础油润滑相比均明显减小，特别是在中等
            要元素的化学状态，发射源采用能量为1 486.6 eV的单                      载荷和速度(30 N, 20 Hz)时，锡青铜的磨损体积减小
            色Al靶，能量分辨率为±0.2 eV，通过能量为29.4 eV，                   了53.6%，表明蛇纹石粉体能够显著提升锡青铜的抗
            采用标准碳污染峰(C1s line: 284.8 eV)对峰位进行                  磨性能.
            校正.                                                2.2    油酸对蛇纹石粉体摩擦学性能的影响
            1.4    纳米力学性能                                          为了研究油酸作为表面改性剂对蛇纹石粉体润滑
                借助Agilent产G200型纳米压痕仪测试磨损表面                     性能的影响，对比测试了中等载荷和频率(30 N, 20 Hz)
            纳米力学性能，采用Berkovich金刚石压头，选用连续                       条件下基础油、含5%油酸油样以及含蛇纹石油样的
            刚度测试(continuous stiffness measurement，CSM)模        摩擦学性能，摩擦系数随时间变化的关系曲线见图4.
            式，压入深度为2 000 nm，加载与卸载速率均为0.5 mN/s，                 与基础油相比，含油酸油样的摩擦系数略有下降且随
            保载时间为15 s.                                         时间变化相对稳定. 同时，基础油、含油酸油样以及含
                                                                                                            6
                                                               蛇纹石油样润滑下锡青铜的磨损体积依次为2.0×10 、
            2    结果与讨论
                                                                                   3
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                                                               1.82×10 和0.93×10  μm . 以上结果表明，油酸的加入
            2.1    锡青铜的摩擦学性能                                   对提高油品润滑性能具有一定作用，且在改善蛇纹石
                图2所示为不同试验条件时，基础油和含蛇纹石                          粉体分散稳定性的同时，对其摩擦学性能无不良影响.
            油样润滑下锡青铜的摩擦系数和摩擦接触电阻随时                             但关于二者的协同作用及机制还有待下一步深入研究.
            间变化的关系曲线. 可以看出，基础油润滑时，摩擦系                          2.3    磨损表面形貌与元素分析
            数维持在较高水平且波动较大，摩擦接触电阻在0附                                图5为不同试验条件下基础油和含蛇纹石油样润
            近波动；含蛇纹石油样润滑时，摩擦系数明显降低且                            滑时锡青铜摩擦表面形貌的SEM照片. 可以看出，基
            持续稳定，同时摩擦接触电阻经历一定时间后由初始                            础油润滑下，摩擦表面出现大量沿摩擦方向宽而深的
            时接近0转为迅速升高，特别是在中等载荷和速度(30 N,                       贯穿犁沟，并伴有材料剥落和严重擦伤，呈现典型的
            20 Hz)条件下，锡青铜的摩擦系数降低幅度最大，达到                        磨粒磨损和黏着磨损的形貌特征. 含蛇纹石油样润滑
            了35.3%，同时摩擦接触电阻在300 s后迅速升高至约                       时，锡青铜的磨损明显减轻，摩擦表面划痕的深度和
            0.52 Ω. 以上结果表明，蛇纹石粉体能够显著改善润滑                       宽度减小，没有观察到明显的材料剥落，磨损机制转
            油对锡青铜的减摩润滑性能，并在摩擦过程中在锡青                            变为单纯的磨粒磨损.
            铜/钢摩擦副表面形成不导电的摩擦反应膜，从而使摩                               为确定摩擦表面的元素组成及含量，对图5(c)和
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