Page 62 - 《摩擦学学报》2021年第2期

第 2 期 黄明吉, 等: 丝径对316L不锈钢丝摩擦磨损行为的影响 207

在众多减振材料中，金属橡胶因其优越的阻尼性 试摩擦副的接触形式如图1所示. 试验材料选用集束
能和耐腐蚀性能，被广泛应用于各种工业领域 [1-2] . 其 拉拔工艺制得的316L不锈钢丝，其长度均为55 mm.
内部因属于非连续性孔隙结构，所以存在相当数量的 测试的往复行程为0.8 mm，空气湿度约为35%，摩擦
钢丝接触点和面，在一定的振动条件下，接触点和面 副接触角度为60°，试验温度约为20°.
[3]
会发生相对位移产生摩擦磨损 ，而当磨损到达一定 研究采用磨损深度和摩擦系数表征不锈钢丝的
程度后，就会影响到金属橡胶的减振行为，因此针对 摩擦磨损行为，主要关注不锈钢丝丝径、载荷和速度
金属橡胶摩擦磨损行为的研究对其在工程实际应用 对其摩擦学行为的影响规律，试验选择的丝径分别为
[4]
中有其非常重要的价值 . Φ0.4 mm、Φ0.6 mm、Φ0.8 mm、Φ1.0 mm和Φ1.2 mm，
金属橡胶及其微丝力学性能和摩擦学性能的研
载荷分别为10、15和20 N，速度分别为120和240 mm/min.
[5]
究尤为重要 . 邹广平等 [6-7] 研究了金属丝丝径对金属
每组试验测试时间为60 min，且每组试验重复3次. 试
橡胶力学性能的影响规律，结果显示，随着金属丝丝
验过后，分别对各组试件进行超声波清洗，以去除试
[8]
径的增大，其承压能力提高. 余慧杰等 通过建立微元
件接触表面因摩擦试验所产生的磨屑，并采用扫描电
弹簧理论模型研究了金属丝丝径对金属橡胶刚性的
镜对试件表面磨痕的形貌进行测试，以分析不锈钢丝
影响，发现随着丝径的增大，金属橡胶的刚度相应增
磨损失效形式和机理.
[9]
大. 马艳红等 研究表明，随着金属橡胶的金属丝丝径

增大，其非线性弹性模量也增加，尤其是线性段和硬 2 结果和分析

特性段增加的较多，且金属橡胶硬特性特征越明显.
2.1 丝径对不锈钢丝摩擦磨损行为的影响规律
相关研究人员也对金属橡胶的力学性能、阻尼特性等
首先，试验研究了不同丝径条件下，不锈钢丝的
方面进行了大量的研究 [10-12] .
摩擦系数、磨损深度随时间变化的曲线，如图2所示，
针对金属橡胶微丝摩擦学性能方面的研究，有研
其中测试载荷和速度分别为15 N和240 mm/min. 从图2(a)
究者探究了载荷、润滑油脂、循环次数和振幅等参数
对不锈钢钢丝、316L不锈钢丝磨损深度的影响规律 [13-16] . 中可以看出，不同丝径条件下，摩擦系数随时间的增
但在众多试验研究中，有关金属丝丝径对不锈钢丝摩 长规律均可分为急剧增长、线性增长和趋于稳定3个
阶段. 在磨损初始阶段(5 min之前)，各丝径条件下不
擦学行为的影响还相对较少. 基于此，本文作者以316L
不锈钢丝为对象，试验研究了不锈钢丝丝径对其摩擦 锈钢丝的摩擦系数均急剧增加，一定磨损时间后，摩
学行为的影响规律，并采用磨损深度、摩擦系数进行 擦系数呈现线性增长，最后逐渐趋于稳定. 不同丝径
表征，同时探讨了载荷和速度对不锈钢丝摩擦磨损行 条件下，不锈钢丝摩擦系数的不同主要在于第二、三
为的影响规律，进一步通过分析磨损试件的表面形 阶段，且在第三趋于稳定阶段，不锈钢丝的摩擦系数
貌，探讨不同丝径不锈钢丝在小位移过程中的摩擦损 随丝径的增加而增加. 由图2(b)中不同丝径条件下不
伤机理. 锈钢丝磨损深度随时间的变化曲线可以看出，各丝径

不锈钢丝的磨损深度均呈现随时间增加而逐渐增加，
1 试验部分
最后逐渐趋于平稳的现象，但与摩擦系数不同的是，
试验过程采用自制的往复式摩擦磨损试验机，测 磨损深度随丝径增大而逐渐减小.

Load Measuring
frictional coefficient

Upper specimen
60°
Reciprocatin
Measuring
direction
wear depth
Lower specimen

Fig. 1 Reciprocating micro-friction and wear tester
图 1 往复式摩擦磨损试验机