Page 20 - 《摩擦学学报》2020年第6期

第 6 期 高贵, 等: 表面织构对PTFE复合材料摩擦磨损行为的影响 703

表面(R <0.1 μm)磨损形貌，可以看出只有少量的转移 大的压力使沉积的磨屑平整、均匀. 如图9(c)，当滑动
a
膜附着于对偶表面，大部分表面裸露，这是由于聚合 方向与沟槽垂直时，试样往复滑动受到沟槽边缘的法
物对金属摩擦时，聚合物材料有向金属表面转移的自 向剪切力最大，试样表面被剪切产生大量的磨屑，磨
然倾向，聚合物与金属表面的吸附力是形成转移膜的 屑随摩擦副运动，不经过反复运动被挤压到磨痕外就

基础，转移膜形成的机理主要是范德华引力、库仑静 可以顺着磨痕方向直接进入沟槽，从而导致初始摩擦
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电力和化学反应引起的粘接 . 虽然聚合物对金属表 系数和磨损率较高，与表2所示结果一致. 磨屑在往复
面具有固有的吸引力，但规整的聚合物通常会产生粘 摩擦挤压力的作用下不断堆积，最终填满整个沟槽，
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结性差和不均匀的转移膜 . 如图9(b)所示，当摩擦角 使对偶表面变得平滑，消除了沟槽边缘对试样的“刨
度为0°，即磨痕与沟槽方向一致时，往复运动的挤压 削”作用，减小了摩擦系数和体积磨损率. 同时，槽内
作用使磨屑向试样两侧缓慢移动进入沟槽，磨屑排出 堆积的磨屑中的nano-SiO 粒子在挤压应力的作用下
2
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较慢 . 此时，部分未排出摩擦表面的磨屑在表面微 与沟槽底部及侧面的粗糙峰形成了牢固的机械互锁
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凸体和范德华力等作用下沉积在槽间光滑表面形成 力 ，使其与对偶表面“嵌合”，形成了稳定的转移层.
初始转移膜，与图9(a)表面相似，但是由于沟槽侧面对 图9(c)对应的F和Si元素的EDS面分布图(图10)证明了
磨屑的捕捉作用以及表面织构导致的接触应力增大， 这一观点，表明磨屑中存在nano-SiO ，一定程度上促
2
促进了转移膜的沉积. 沟槽内堆积的大量磨屑在试样 进了PTFE的有效附着. 随着摩擦的继续，稳定的转移
往复挤压作用下沉积在沟槽底部，虽然覆盖了整个沟 层持续捕获新生成的磨屑，在接触应力的作用下不断
槽底部，但是由于沟槽较窄(200 μm)，试样受法向载 向沟槽两边延展，最终在槽间光滑表面形成了连续、
荷作用产生的变形较小，不足以向沟槽底部施加足够 覆盖率高的转移膜. 试样摩擦系数和体积磨损率较大

Original surface Original surface Original surface
Groove spacing
Groove
Wear surface Wear surface Wear surface
500 μm 500 μm 500 μm

Groove

Groove spacing
500 μm 500 μm 500 μm

(a) (b) (c)
Original surface Groove Original surface Original surface
Groove
Groove spacing
Wear surface Wear surface Wear surface
500 μm 500 μm 500 μm

Groove spacing
Groove spacing
Groove
500 μm 500 μm 500 μm

(d) (e) (f)

Fig. 9 The morphology of the worn surface (a) No texture surface; (b) and (c) are the texture surface with groove width 200 μm,
groove spacing 300 μm, sliding angle 0° and 90°; (d) is the texture surface with groove width 200 μm, groove spacing 400 μm,
sliding angle 45°; (e) and (f) are the texture surface with groove width 300 μm, groove spacing 200 μm, sliding angle 0° and 90°
图 9 对偶表面磨损形貌的SEM照片(a)为无织构表面；(b)和(c)为槽宽200 μm，槽间距300 μm,滑动角度分别为0°，90°表面；
(d)为槽宽200 μm，槽间距400 μm，滑动角度45°表面；(e)和(f)为槽宽300 μm，槽间距200 μm，滑动角度分别为0°和90°表面