Page 71 - 《摩擦学学报》2020年第4期

第 4 期 孙涛, 等: 纸基摩擦材料与不同含碳量钢配副之间的摩擦学性能及其失效机理研究 481

摩擦材料在15 N和30 N下的磨损表面形貌的SEM照 颗粒在表面形成一系列的小突起，材料与配副件在压
片. 从图6~7中可以看出，纸基摩擦材料在无油状态下 力作用下两个接触面将通过分子间作用发生黏着，产
与不同摩擦副对摩时均表现出严重的磨损，纤维大量 生黏着磨损. 此外，粘结区域还发现了大量铁元素，说
裸露在摩擦面，纤维周围填充了大量的磨屑，磨屑堆 明配副材料表面因磨损产生磨粒并发生转移[图8(a)].
积后局部形成光滑连续的粘结区域. 对比不同摩擦副 摩擦材料与配副相对滑动，在接触区造成较大的应力
发现，纸基摩擦材料经较低硬度的配副材料对摩后， 和塑性变形，在长期反复的交变应力作用下，摩擦材

试样表面的磨屑较多，大量孔隙被磨屑堵塞[见图6(a~b)]. 料及对偶件表面薄弱环节处引发疲劳裂纹，逐步扩展
而随着摩擦副硬度的增大，试样磨损明显降低，高硬 [图8(b)]，最后以微细薄片形式剥落下来，并使得增强
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度的65Mn钢与样品摩擦过程中表现出较为优异的摩 纤维也发生脱粘[图8(c)]、断裂 . 另外，在摩擦过程
擦适配性[图6(d)]. 而对比载荷影响发现，同一配副材 中，伴随着材料表层温度的升高，导致材料产生热疲
料随载荷的增大纸基摩擦材料试样表面磨损明显增 劳，长期反复热应力作用加速材料表面裂纹的产生与
大，孔隙堵塞现象加重，这也在一定程度反映摩擦系 扩展，从而加速材料的疲劳磨损.
数持续上升的原因，如图7所示. 因此，从摩擦系数和 2.3 纸基摩擦材料在富油状态下的摩擦学性能
磨损率两者结果综合比较可知：在合适载荷下，随配 纸基摩擦材料作为湿式摩擦材料目前主要应用
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副硬度的增加，纸基摩擦材料摩擦系数稳定且磨损率 在油润滑状态下，因此进一步考察了其在油(N32 机
较低. 无油状态下，较高硬度的钢材料更适合作为纸 油)润滑状态下与不同摩擦配副之间的适配性，结果

基摩擦材料用配副件的选择. 如图9所示. 由图9可得，在油润滑状态下与不同硬度
从表面磨斑形貌和元素分析(图8)可知，纸基摩擦 配副材料表现出优异的摩擦适配性，摩擦系数曲线光
材料表现出黏着磨损、磨粒磨损和疲劳磨损三种主要 滑平稳，测试周期内摩擦系数保持在0.13~0.14之间，
的磨损形式. 这主要与基体材料的组分有直接的关 说明润滑状态是影响纸基摩擦材料摩擦系数的关键
系，纸基摩擦材料填料在树脂固化后形成颗粒，这些 因素之一. 此外，对比无油和富油两种润滑状态下的

500 μm 500 μm

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(a) 20 steel (b) 35 steel

500 μm 500 μm

(c) 45 steel (d) 65Mn steel
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Fig. 6 Worn surface of sample with different matching material under 15 N load
图 6 在15 N载荷下，和不同配副材料对摩后试样的磨损形貌