Page 79 - 《摩擦学学报》2021年第3期

368 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

擦条件下，高转速时微凸峰接触时间减少，接触区不 因而水下载流摩擦副接触电阻高于大气环境下的接
[15]
容易形成黏着 ，因而干态载流摩擦系数随转速的增 触电阻.

加而降低. 水侵入接触区域时，在粗糙接触表面形成 2.2 转速对水环境下滚动载流摩擦损伤的影响
[16]
吸附水膜，水膜和粗糙峰共同承担载荷 . 当接触区 图4为铜试样摩擦前后表面三维形貌图及蓝色箭
相互分离时，水的毛细作用可以提供额外的拉力 [17-18] ， 头处的表面轮廓. 原始表面[图4(a)]的粗糙度为1.211 μm，
[19]
而且电场会使毛细力额外增强 ，进而导致滚动载流 有残留的砂纸打磨痕迹. 在30 r/min的转速下滚动载
摩擦系数升高. 随着转速提高，水膜分担的载荷逐渐 流测试100 min后，原有表面痕迹消失，表面粗糙度为
[20]
提高，水的低抗剪强度使摩擦系数降低 . 但可能由 1.992 μm[图4(b)]. 在480 r/min时测试100 min，摩擦表
于水的黏度较小且本试验转速较低，水的润滑作用弱 面有疲劳剥落坑出现，并且主要沿着滚动方向分布
于毛细作用 [9, 21] ，导致水下载流摩擦系数高于干态载 [图4(c)]，粗糙度为1.906 μm. 经过滚动载流摩擦，接触
流摩擦系数. 表面均发生了粗糙化，但不同转速下的形貌特征不
干、湿条件下滚动接触电阻的变化趋势如图3(b) 同，高转速下摩擦表面出现了凹坑. 不同的表面形貌
所示. 大气环境下，随着转速从30 r/min增加到480 r/min， 预示着不同转速下的表面损伤机制可能不同.
接触电阻没有明显变化，稳定在0.6 Ω. 当转速小于 高摩擦系数会导致摩擦接触区承受更大的剪应
[13]
240 r/min时，水环境下接触电阻和干态接触电阻无明 力并且最大剪应力位置处于接触表面 ，因而低速下
显差别. 当转速高于240 r/min时，水下接触电阻随着 的滚动摩擦表面的剪应力更高. 图5为磨痕纵截面金

转速的增大迅速升高，480 r/min时接触电阻达到6.4 Ω. 相观察结果. 转速为30 r/min的样品[图5(a)]可在表面

1.2 7
Air Air
6
1.0 Water 5 Water
Friction coefficient 0.8 Contact resistance/Ω 4 3

0.6

0.4
0.2 2 1

0.0 0
30 120 240 360 480 30 120 240 360 480
Rotation speed/(r/min) Rotation speed/(r/min)
(a) Friction coefficient (b) Contact resistance

Fig. 3 Effect of speed on friction coefficient and contact resistance for 100 min
图 3 不同转速下干、湿环境中摩擦系数和接触电阻的对比

10
−10 Rollolling
600 μm 600 μm 600 μm direction

600 μm 600 μm 600 μm

0 0 0
5.0 10 10
Height/μm −2.5 Height/μm −5 5 0 Height/μm −5 5 0
2.5
0.0

−5.0 −10 −10
0 100 200 300 400 500 600 0 100 200 300 400 500 600 0 100 200 300 400 500 600
(a) Original (b) 30 r/min (c) 480 r/min

Fig. 4 3D topography of samples before and after rolling
图 4 试样摩擦前后的三维形貌