Page 110 - 《摩擦学学报》2021年第2期
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第 2 期                        屈荣, 等: 提琴用松香室温摩擦学特性的试验性初探                                       255

            取出，此时松香已经软化至水滴状. 将玻璃棒横放快                           测量准确度较高，白光与激光三维轮廓仪对磨损表面
            速将松香碾平，此过程中用力要均匀，铺平的松香厚                            的形貌测量准确度不明确. 松香的蒸汽压较低，不需
            度要适中，速度要快，以避免松香在室温下遇冷凝固.                           特殊处理，即可使用XPS进行表征；但是要注意控制

            经计算可知，涂层的厚度约为140~150 μm.                           松香的量，以免破坏系统真空.
                溶剂法制备松香涂层的主要步骤：例如，取松香                              综上所述，对松香的表征是比较容易的.
            0.034 5 g放入小烧杯内，加入5 ml无水乙醇(出于蒸发
                                                               3    结果与讨论
            速率和毒性的考虑)，用玻璃棒搅拌至松香完全溶解，
            得到透明溶液. 用注射器吸取该溶液，并向GCr15钢盘                        3.1    用于摩擦学试验的松香涂层与松香块体

            (氧化铝陶瓷盘)缓慢滴加，直至钢盘(陶瓷盘)表面被                          3.1.1    制备工艺的影响
            溶液全部覆盖. 待盘表面的无水乙醇蒸发完全，则铺                               对于以球/盘方式接触的往复摩擦磨损试验机而
            膜完成. 可以通过对松香乙醇溶液的使用量控制松香                           言，盘试样需在形位尺寸、表面形貌等方面达到一定

            涂层的厚度，一般为10 μm以上(用1 ml溶液). 文献[5]                   的要求，如摩擦表面的平行度，表面波纹度与表面粗
            仅提到松香涂层的厚度在微米级.                                    糙度等. 本文中所制备的松香涂层与松香块体材料的

            2.1.2    松香块体的制备                                   某些表面形貌等特征(表面波纹度与表面粗糙度)对摩
                松香块体的制备工艺与松香涂层的相同. 以热熔                         擦磨损试验的结果有干扰作用；因此，通过初步的试
            法为例，首先将松香加热至130~150 ℃(取决于松香的                       验，筛选出满足摩擦磨损试验的样品非常重要.
            类型)，可以将松香倾倒于预先准备好的模具中，待自                               由于在提琴类乐器的琴弓/琴弦摩擦过程中，松香
            然冷却后，即可成型. 溶剂法则是将溶于有机溶剂的                           起到强化黏/滑现象的作用. 因此，需要考虑松香涂层
            松香倾倒于模具中，待溶剂挥发后，即可成型. 相比之                          和松香块体是否满足试验的要求. 当黏/滑现象发生

            下，热熔法更好一些.                                         时，在1个滑动周期内的摩擦系数呈现如图3(a~b)与
                松香块体的表面可以用砂纸打磨抛光，供摩擦磨                          图4(a~b)所示的结果. 但是，如果仅观察到图3(a~b)与
            损试验使用. 在水中打磨抛光的效果比较好，不建议                           图4(a~b)所示的试验结果，并不能说明发生了黏/滑现
            使用抛光剂.                                             象. 很多种情况会导致“伪黏/滑现象”. 例如，当松香

            2.2    摩擦磨损试验机                                     涂层或者松香块体表面的波纹度足够大时，钢球在松
                松香涂层或块体的摩擦学特性可以用商品往复                           香表面发生“上坡”和“下坡”运动，分别产生假的“静
            摩擦磨损试验机评价，本文中采用的是MFT-EC4000                        摩擦”和假的“动摩擦”. 又例如，由于钢球等几乎没有
            往复摩擦磨损试验机. 上试样钢球或陶瓷球的直径为                           磨损，当松香因磨损量很大而产生了“坑状”磨损，也
            6 mm，用聚酯制作的夹具装载；下试样为松香涂层或                          会产生假象. 平行度高、表面波纹度小的松香表面，在
            块体. G10级GCr15钢球、G1级氧化铝陶瓷球均为外购                      松香磨损量较小时，才能观察到真正的黏/滑现象. 由
            获得. 上试样保持静止，下试样以一定频率做往复运                           此可知，法向载荷的选择亦非常重要，这是因为法向
            动. 试验条件如下：载荷为1-9 N，往复频率为0.1 Hz，                    载荷过大(例如9 N)会使得松香涂层和松香块体的磨
            冲程为3.8 mm，滑动时间为1~30 min，环境温度为                      损过大.
            20~28 ℃，相对湿度40%~60%. 本文中采用的滑动速                         溶剂法制备的松香涂层，其波纹度较小，经过短
            率较低，目的在于更好地观察黏/滑现象，并尽可能地                           暂的磨合期后，迅速进入稳态磨损阶段；若涂层厚度
            降低摩擦热的影响. 商品二硫化钼粉末用于松香的对                           较小的，则没有明显的磨合期，直接进入稳态磨损阶
            照组.                                                段，如图4(a)所示. 热熔法制备的松香涂层，其波纹度

            2.3    分析与表征                                       较大，经过一定时间的磨合期(摩擦系数起伏较大)后，
                在松香的摩擦学研究中，对其表面、磨损表面和                          进入稳态磨损阶段，如图4(b)所示. 因此，溶剂法制备
            磨屑的形貌观察非常重要. 光学显微镜可以方便地对                           的松香涂层更适合作为实验室摩擦学评价的试样. 但
            松香的表面、磨损表面进行观察，暗场像对划痕、裂纹                           热熔法制备的松香涂层，尽管其波纹度较大，但更贴
            的观察较为理想. 扫描电子显微镜的制样也较简单，                           合打松香过程，摩擦系数的起伏为打松香者提供了手
            喷金后的样品所获得的照片质量很高；用FIB可获得                           部的反馈. 今后，可以考虑匀胶机等设备与工艺制备
            高质量的断面. 接触式表面轮廓仪对磨损表面的形貌                           松香涂层，有望获得具有较好表面质量的松香涂层.
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