Page 75 - 《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 485

配副钢材料表面的微凸体在压力作用下通过分子间 热应力作用加速材料表面裂纹的产生与扩展，从而加
作用力形成黏着点，黏着点处硬度低的凸起颗粒于次 速材料的疲劳磨损，如图13(d)所示. 裂纹的加速扩展
表面产生微裂纹并脱落形成三体磨屑 [28-29] ，如图13(b) 降低了树脂与纤维的界面结合强度，纤维与树脂基体
所示. 此外，在正压力作用下增强纤维被磨削切平从 脱粘，并在交变应力作用下拔出，导致材料失效.
而断裂，而游离的三体磨屑通过犁削摩擦表面加速了 65Mn钢配副由于其表面硬度较大，能减轻三体磨屑
纤维的断裂过程，在树脂基体处形成大量犁沟，并对 对配副材料的微观切削作用，从而减轻配副材料的磨
[31]
配副材料造成损伤 . 长期的交变应力作用下，在树 损. 同时，硬度较大的配副有助于抑制配副表面硬质
脂与纤维结合等薄弱环节处引发疲劳裂纹，如图13(c) 颗粒向纸基摩擦材料表面的转移，从而减少摩擦表面
所示. 大量的磨屑和断裂纤维逐渐堵塞孔隙，加速材 的配副磨粒，相较硬度低的钢配副材料表现出更优异
料表层温度的升高，导致材料产生热疲劳，长期反复 的摩擦学性能.

Sticky point
Fibers
Crack

Silding direction Silding direction Crack

(a) The initial stage (b) Adhesion of resin

Wear debris Debonding
Debonding
Broken fiber of fibers Pulling out

Silding direction
Silding direction

(c) Fracture of fibers (d) Debonding of fibers
Fig. 13 Schematic diagram of the friction mechanism of paper-based friction materials in the oil-free state
图 13 纸基摩擦材料在无油状态下的摩擦机理示意图

图14给出了纸基摩擦材料在富油状态下的润滑 磨损，如图14(b)所示. 脱离摩擦材料的树脂粘结剂与
机理. 纸基摩擦材料的多孔结构使得润滑油通过毛细 较软的填料颗粒在油膜压力与剪切力作用下于接触
作用能迅速浸润纸基摩擦材料的孔隙. 在摩擦过程 面局部区域形成摩擦膜，如图14(c) 所示. 摩擦膜覆盖
中，由于润滑油中的极性分子与纸基摩擦材料的组分 于树脂基体与纤维表面，可有效抑制表面微裂纹的产
形成物理/化学结合，在摩擦界面形成一层油膜，材料 生，减少犁沟和切削效应的发生，从而降低了材料的
整体处于流体动压润滑状态，如图14(a)所示. 但配副 磨损率 [31-32] . 由此可见，摩擦膜和油膜的协同润滑作用
材料表面的微凸体和纸基摩擦材料依然会发生局部 有效减轻了纸基摩擦材料表面磨粒对钢配副材料的
机械接触，由微凸体和油膜压力共同承担法相载荷， 微观切削，降低了配副材料表面硬度的影响作用.
油膜减小了纸基摩擦材料与配副材料的实际接触面
3 结论
积，从而降低了材料的动摩擦系数 [17, 26] . 润滑油的吸入
与挤出使得磨屑排出接触面，减小了材料的磨粒磨 a. 考察了高性能纤维纸基摩擦材料无油和富油
损，此外流通的润滑油能吸收聚集在摩擦表面的摩擦 两种润滑状态下与不同碳含量钢配副材料的摩擦适
热，降低表面温度，能有效抑制材料的热磨损与黏着 配性. 无油状态下，配副材料的硬度显著影响纸基摩