Page 18 - 《摩擦学学报》2021年第3期

第 3 期 黄国威, 等: Cu663合金表面石墨-铜三维复合润滑层的构筑与摩擦学性能研究 307

1.4 微观结构和磨损表面表征 烧结制备的表面三维复合润滑层(柔性石墨纸)与基底
使用配备X射线能谱分析(EDS)检测器的扫描电 界面结合良好，无明显孔洞和裂纹等缺陷，界面清晰
子显微镜(SEM，日本，JSM-5600LV)表征分析铜合金 可见. 进一步对石墨-铜界面微观结构表征分析，烧结
表面石墨-铜三维复合润滑层初始和磨损表面的形态 过程的外加压力和石墨-铜互嵌结构设计使铜和石墨

特征. 使用X射线衍射仪(XRD)表征石墨-铜三维复合 界 面 实 现 机 械 互 锁 结 合 [图 3(b)]. 从 XRD谱 图 [图
润滑层的相结构. 使用三维表面轮廓仪(VHX-5 000， 3(c)]中可知，除了Cu663合金的峰(Cu、Sn、Zn)之外，试
Keyence)测量样品表面粗糙度，并通过分析软件计算 样仅包含石墨的特征峰，无新物相的衍射峰，表明热
每个磨痕的磨损量损失，磨损率通过Archard方程计 压烧结过程中石墨与铜合金基体的界面处没有发生
算，如式(2)所示. 化学反应.
K = V/(SF) (2) 图4给出了不同图案和尺寸参数的表面石墨-铜三
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其中：V表示磨损体积，单位mm ；S表示总滑动距离， 维复合润滑层典型SEM照片. 由图4可以看出，采用激
单位m；F表示摩擦试验中施加的法向载荷，单位N. 光刻蚀，可以将柔性石墨纸加工出尺寸可控、规则排

列的多孔结构，通过改变相邻纹理之间的尺寸参数可
2 结果与讨论
以实现润滑层表面石墨密度的调控. 抛光处理后的样

2.1 表面石墨-铜三维复合润滑层形貌与微观组织 品表面光滑且图案清晰可见，经过真空热压烧结后的
图3(a)和(b)分别给出了铜合金表面石墨-铜三维 圆形图案[图4(a~c)]和矩形图案[图4(d~f)]结构保持完
复合润滑层横截面形貌的SEM照片，图3(c)给出具有 整，界面结合良好，无明显孔洞和裂纹等缺陷，柔性石
不同表面石墨密度三维复合润滑层的XRD衍射峰谱 墨纸被铜合金基体通过互锁来固定，形成三维网络结
图. 从图3(a)SEM照片可以看出，通过冷压成型和热压 构，石墨密度从40%增至80%.

50 μm 10 μm

(a) SEM micrograph of interface bonding of (b) High magnification of (a)
graphite-copper lubricating layer

-Graphite
-[Cu, Sn, Zn]

Cu-80G
Intensity Cu-70G

Cu-60G
Cu-50G
Cu-40G
Cu663
20 40 60 80
2θ/(°)
(c) XRD patterns of graphite-copper lubricating layer

Fig. 3 SEM micrographs and the XRD patterns of graphite-copper lubricating layer
图 3 表面石墨-铜自润滑层结合界面SEM图像和XRD图谱