Page 92 - 《摩擦学学报》2020年第6期

第 6 期 夏延秋, 等: 磁控溅射银层在载流润滑下的电摩擦学性能研究 775

替代电沉积银的研究还不多见. 导电润滑脂具有提高 性能和导电性能，探讨了MS-Ag涂层的摩擦学性能和
润滑效率、降低接触电阻、耐腐蚀性，可以延长电触头 导电机理.
的使用寿命 [5-6] . 离子液体、炭黑、纳米ATO和碳纳米管
1 试验部分
等都可以作为导电油脂的导电添加剂，提高和改善导
电油脂的导电性和摩擦学性能 [7-10] . 聚苯胺用于导电 1.1 导电润滑脂的制备及测试
润滑脂，并显示出优越的导电能力和良好的边界润滑 采用聚苯胺粉(台州永嘉贸易有限公司)作为导电
[11]
摩擦性能 . 但还没有人研究银涂层的载流润摩擦学 添加剂，PAO 40(埃克森美孚)作为基础油，十二胺、对
性能. 本文作者采用直流磁控溅射(DCMS)法制备了 甲苯胺和二苯甲烷4，4-二异氰酸酯(TDI)作增稠剂制
基于Cu基的Ag涂层(MS-Ag)和作为对照材料电镀银 备导电润滑脂. 所用化学试剂均为分析级，对比润滑
涂层(EP-Ag)，用聚苯胺润滑脂和商用导电脂作为对 脂选择商用导电润滑脂(简称CPG脂). 表1中列出了聚
比润滑脂，考察负载、频率和电压在载流下的摩擦学 苯胺的主要性能.

表 1 聚苯胺的物理化学性能参数
Table 1 Physicochemical properties of PANI powder
Sample Grain size Molecular weight Density Conductivity Doping ratio (molar ratio)
3
PAN 1~10 μm 50 000~60 000 0.3~0.5 g/cm 2 S/cm >30%

在十二胺和对甲苯胺的混合物容器中加入20%的 前用装有单色仪的Rigaku衍射仪采集了涂层的X射线
基础油并加热，同时将另一个装有TDI的容器中加入 衍射(XRD)数据，并对涂层样品的抛光截面用进行了
20%基础油并加热，下一步是将两个容器的物质混合 表征. EP-Ag和MS-Ag涂层的厚度和硬度分别为15和
并继续加热到100 ℃，此时加入剩余的基础油(60%)并 25 μm、HV99和HV106.
继续加热至180 ℃，然后停止加热，当混合物冷却到60 ℃ 1.3 摩擦学性能和导电性能测试
时，加入2%(质量百分数)聚苯胺粉，经搅拌、研磨制得 试验采用HFT-R4000型载流摩擦磨损试验机对
聚苯胺润滑脂. 对润滑脂的滴点、锥入度和腐蚀性能 球盘结构的摩擦和电接触特性进行了研究，上球
等进行了测试，并用GEST-121型体积表面电阻测试 (H62黄铜，硬度：HV234，ø5 mm)、下试件(20 mm×20 mm×
仪和HLY-200A型电路电阻仪分别测定了润滑脂的体 1 mm)是银涂层，试验中室温控制在(20±5 ℃)，摩擦试
积电阻率和接触电阻. 验机设置参数如下：滑动行程是5 mm，载荷分别是5、
1.2 涂层制备 7、10和12 N，频率分别为2、3、4和5 Hz，试验时间为30 min.
选用辽宁北宇真空科技有限公司的多功能镀膜 每次试验时，用约1 g的脂置于球和块之间，摩擦系数
机进行涂层制备，基体采用纯铜(质量百分数>99.9%， 和接触电阻值由计算机自动保存，每次摩擦试验重复
尺寸：100 mm×50 mm×1 mm，硬度：HV82)，表面抛光 3次，取平均值为最终值，用光学显微镜测量磨损宽
处理，石油醚中超声清洗，选用Ag靶材(质量百分数 度，用EVO-18扫描电镜(SEM)结合EDS分析了磨痕的
>99.9%). 采用直流磁控溅射沉积系统，在高纯Ar的工 形貌和化学成分.
作气氛下，真空室抽真空至基压0.006 Pa，在Ar气氛中
2 结果与分析
沉积Ag层. 试验参数如下：压力0.35 Pa，偏压225 V，直
流功率500 W，沉积时间4.5 h，制备了MS-Ag涂层. EP- 2.1 样品特性
Ag涂层的具体制备方法见文献[3]. 用HX-1000TM/LCD 2.1.1 导电脂的物理化学和导电特性
显微硬度计测量试样的显微硬度，用Cu-Ka X射线源 表2示出了二种导电润滑脂的物理化学特性和电阻

表 2 二种导电润滑脂的物理化学特性和电阻特性
Table 2 Physicochemical properties of fabricated and commercial greases

Dropping Penetration Copper corrosion Surface volume Contact
Sample
point/℃ (1/4 mm) (T2 copper, 100 ℃, 24 h) resistivity/(Ω·cm) resistance/μΩ
11
PANI grease 270 65.6 1a 3.8×10 29.1±0.1
CPG grease 280 78.3 1a 5.3×10 11 31.6±0.1