Page 19 - 《摩擦学学报》2021年第3期
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308 摩 擦 学 学 报 第 41 卷
ε: 40% ε: 60% ε: 80%
500 μm 500 μm 500 μm
(a) Circular textures with a surface (b) Circular textures with a surface (c) Circular textures with a surface
graphite density of 40% graphite density of 60% graphite density of 80%
ε: 40% ε: 60% ε: 80%
500 μm 500 μm 500 μm
(d) Rectangular textures with a surface (e) Rectangular textures with a surface (f) Rectangular textures with a surface
graphite density of 40% graphite density of 60% graphite density of 80%
Fig. 4 Typical SEM micrograph of the layer surfaces
图 4 具有不同图案和参数的表面自润滑层的SEM图像
2.2 表面石墨-铜三维复合润滑层在干摩擦条件下 此外，从摩擦系数和磨损率结果可以看出，在
的摩擦学性能 80%表面石墨密度下，圆形图案与矩形图案的摩擦学
图5为两种图案类型及其不同尺寸参数的表面石 性能差异较大，当表面石墨密度小于80%时差异较小.
墨-铜三维复合润滑层和对照样品的摩擦系数和磨损 导致磨损率差异较大的根本原因是配副材料不锈钢
率测试结果. 从图5(a~b)可以看出，在铜合金表面进行 栓在圆形和矩形三维复合润滑层表面摩擦接触面上
石墨-铜三维润滑设计可以大幅度改善铜合金材料表 石墨与铜的含量不同，进而导致材料摩擦区域承载能
面的摩擦学性能，表面石墨-铜三维润滑层摩擦系数 力发生改变. 为进一步阐明这一现象，图6给出了摩擦
和磨损率最低(表面石墨密度为80%)可降低至0.11和 试验时的磨痕区域示意图，可以看出，矩形中的铜合
(3.33 ± 0.93)×10 mm /(Nm)，与无润滑层样品的摩擦 金在排与排之间以交错分布方式排列，而圆形图案三
−6
3
3
−4
系数0.53和磨损率(2.97 ± 0.56)×10 mm /(Nm)相比分 维复合润滑层表面中铜合金在排与排之间以对齐方
别降低了80%和2个数量级. 此外，图案类型和尺寸参 式排列. 在摩擦过程中，随着表面石墨密度的增大，即
数对表面润滑层摩擦学性能也有显著影响，随着表面 当S增大时，表面铜合金含量分布急剧下降，矩形图案
石墨含量增加，两种类型图案润滑层的摩擦系数均呈 摩擦区域内铜合金分布明显比圆形图案中铜合金分
下降趋势，而磨损率呈现相反趋势，随着石墨密度的 布多. 因此，矩形图案承载能力更大，耐磨损性能好，
增加显著增大，耐磨性能降低. 图5(c~d)给出了典型的 且随着石墨面密度的增大表现出更优异的耐磨损性能.
摩擦系数曲线，可以看出表面无石墨-铜润滑层的对 为分析表面石墨-铜三维复合润滑层的磨损机
照样品在整个摩擦过程中摩擦系数高且波动较大，而 理，对典型样品磨损表面显微形貌和元素分布进行分
引入石墨-铜润滑层的样品摩擦系数低且平稳，表现 析，结果如图7所示. 从SEM照片可以看出，对照样品
出优异的摩擦学性能. 由此可知，材料的减摩性能和 铜合金表面发生严重的黏着磨损和磨粒磨损[图7(a)]，
耐磨性能随着石墨含量的增加呈现完全相反的规律， EDS元素谱图中分布大量的Fe元素，表明配副材料不
因此要获得具有优异的减摩耐磨性能的石墨-铜润滑 锈钢表面的磨损颗粒铁屑被转移黏着到铜合金摩擦
层必须综合考虑两方面的因素. 表面[图7(a”)])，大量的硬质颗粒加速了样品和摩擦配
