Page 77 - 《摩擦学学报》2021年第3期
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366 摩 擦 学 学 报 第 41 卷
Key words: current-carrying tribology; water environment; rolling; contact resistance; rotation speed
载流摩擦副是运动部件之间电能传输和电信号 是摩擦系数和磨损率较低的主要原因，氧化锆的磨损
传递的唯一通道，是典型的“单点失效”部件，其摩擦/ 机理主要是点蚀剥落. 上述研究表明，水在高转速下
导电性能是整机能源和信号传输的瓶颈. 滚动载流摩 可以表现出润滑作用，有效降低摩擦系数. 载流摩擦
擦副最初由美国航空航天局于上世纪80年代设计制 表面存在机械作用和电作用的耦合，作者前期研究表
造，现已广泛存在于雷达、空间太阳能帆板驱动机构、 明低转速下水能够使载流摩擦副摩擦系数大幅上升，
[11]
风电变桨系统、控制力矩陀螺等高端装备中 [1-5] . 高可 摩擦表面出现严重氧化 . 随着转速的提高，水对滚
靠性滚动载流摩擦副是高端装备安全服役和技术进 动载流摩擦副的摩擦磨损性能、导电性能以及材料损
步的重要保障，但国内对滚动载流摩擦副的基础研究 伤机制有何影响目前还不清楚.
目前尚处于起步阶段. 滚动载流摩擦副工作环境复 本文作者利用自主研发的滚动载流摩擦试验机，
杂，可能暴露在潮湿气体、雨水和结露等环境下，因而 以纯铜为滚动配副开展滚动载流摩擦试验，研究了转
有必要关注水环境中的载流摩擦副性能失效和材料 速对水环境下滚动载流摩擦性能的影响. 并利用三维
损伤. 形貌仪、扫描电镜对试样表面进行形貌分析和成分分
国内外不少学者关注了水对摩擦磨损现象. Wang 析，讨论了不同转速下载流摩擦性能的变化和材料损
[6]
等 研究了不同介质环境中轮轨接触，发现转速升高 伤机制的演变. 相关结果有望为未来新型滚动导电旋
显著降低了水环境下轮轨的黏着系数，磨损机制主要 转关节的开发和安全运行提供理论参考.
[7]
是疲劳磨损. Colak Arzu等 研究了水对Si表面粘附力
1 试验部分
的影响，发现水环境下的粘附力是干态时的4.2倍. Sumanth
[8]
等 使用球盘试验机研究了水对TiN涂层磨损的影响， 1.1 试验设备与试验参数
发现水产生的弯月面力增大了摩擦系数. 环境条件从 试验使用河南科技大学与南京神源生智能科技
[12]
RH50%变为水环境时，摩擦系数从0.14增大到0.35，同 有限公司共同研发的FTM-CF100型滚动摩擦试验机 .
[9]
时磨损表面氧化程度增加. 李云凯等 采用PA66/镀镍 通过两个独立的伺服电机控制试样盘实现对滚，转速
钢配副在水环境下的摩擦学性能，发现速度增大有利 范围0.1~1 200 r/min；水平方向上设置有伺服闭环控
于润滑水膜的形成，可有效降低摩擦系数. 同时载荷 制的加载电机，实现对摩擦副的径向加载，载荷范围
的增大和摩擦热的积累又不利于润滑水膜的形成，使 20~100 N；通过水银滑环向样品供直流电，电压范围
摩擦系数升高，PA66的磨损主要表现为金属微粗糙峰 为0~20 V，样品构成滚动载流摩擦副，试验机示意图
[10]
造成的微观切削. 唐群国等 研究了氧化锆陶瓷/碳纤 如图1(a)所示. 图1(b)为摩擦副尺寸示意图(SR是外缘
增强聚醚醚酮在水润滑下的摩擦磨损特性，发现摩擦 弧面的曲率半径，为100 mm)，图1(c)为试验机的系统
系数随速度的增加而降低，认为水的润滑和冷却作用 电路图，主要由恒压电源、示波器、电压表、电流表和
(b) Sample diagram
ϕ35 ϕ35
Torque sensor Connect with DC Load sensor Loading motor SR100
Mercury slip ring 20 10
ϕ120 ϕ80
Mercury slip ring
Axis
A
Sample Contact resistance
V
Oscilloscope
Loading direction
DC
Motor Sample Main view of sample Constant voltage source System resistance
(a) Schematic diagram of the tribometer (c) Circuit diagram of the current-carrying system
Fig. 1 Illustration of rolling current-carrying tribometer
图 1 滚动载流摩擦设备示意图
