Page 81 - 《摩擦学学报》2021年第3期

370 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

−
度不如30 r/min时明显，但表面有细小的疲劳剥落坑 Cu+2OH → CuO+H 2 O+2e − (2)
出现. 转速为480 r/min时，摩擦系数进一步下降至 由于低转速表面发生了片状剥落现象，表面O:
0.42，表面层片状疲劳现象已经消失[图6(c)]，但表面 Cu原子个数比相对较低. 高转速表面疲劳现象减缓，
发现了沿滚动方向分布的疲劳剥落坑，由图6(f)可以 材料未剥落区域的O: Cu原子个数比较高，但疲劳剥
看出疲劳剥落处有明显的材料去除. 但此时的摩擦系 落处发生了材料去除，O: Cu原子个数比较低. 基于铜
数仍然会诱发表面屈服，一旦接触面产生微裂纹，水 氧化物的低导电性，滚动过程中疲劳剥落位置进入和
会侵入微裂纹 ，并在滚动机械碾压作用下被密封和 离开接触区将偶发的改变配副电接触性能，高转速下
[22]
截留. 随着滚动次数的增加，裂纹在水的“液压”作用 的表面非均匀氧化会导致接触区域导电性能波动，即
下逐步扩展，最终促使疲劳剥落发生 [14, 23] . 因此，伴随 表面损伤形式和实时电流的波动存在一定的关联. 为
着转速增高和摩擦系数降低，载流摩擦表面损伤形式 了寻找本试验条件下层片状疲劳损伤变为疲劳剥落
从层片状疲劳渐变为疲劳剥落. 的临界速度，对30~480 r/min转速下的实时电流和样
对图6中摩擦副的不同损伤区域进行能谱分析. 品损伤进行分析. 图7为不同条件下的实时电流曲线
在30 r/min层片状损伤表面[图6(a)，A区域]，O: Cu原 及其细节放大图. 发现30和200 r/min转速下电流无波
子个数比为0.147[图6(g)]. 在480 r/min平整区域表面 动现象，而240 r/min时有波动. 更高转速360、420和
[图6(c)，B区域]，O: Cu原子个数比为0.212[图6(h)]，在 480 r/min条件下，平稳运行一段时间后均出现电流波
480 r/min疲劳剥落坑内[图6(c)，C区域]，O: Cu原子个 动现象，并且波动一旦产生便会持续出现. 经过
数比为0.126[图6(i)]. 载流摩擦表面的O: Cu原子个数 SEM观测(图8)，200 r/min时摩擦表面为层片状疲劳损
[11]
比远远高于同批次原始样品表面(0.037) . 水环境中 伤[图8(a)]，240 r/min转速下磨损表面开始有疲劳剥落
[24]
载流摩擦表面发生的氧化反应 为 坑出现[图8(b)]，360 r/min及更高转速下表面疲劳剥落
−
O 2 +2H 2 O+4e → 4OH − (1) 更明显[图6(b)、8(c)和6(c)]. 经上述试验，在本试验条

2.5 2.5
2.5 Current/A 2.0 30 r/min 2.5 Current/A 2.0 200 r/min
1.5
1.5
2.0 1.0 2.0 1.0
0.5
0.5
Current/A 1.5 90.0 90.2 90.4 90.6 90.8 91.0 Current/A 1.5 90.0 90.2 90.4 90.6 90.8 91.0
0.0
0.0
1.0
1.0
0.5 0.5
0.0 0.0
0 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 100
Time/min Time/min
2.0
2.0
2.5 2.5 240 r/min 2.5 2.5 360 r/min
1.5
1.5
2.0 Current/A 1.0 2.0 Current/A 1.0
0.5
0.5
Current/A 1.5 90.0 90.2 90.4 90.6 90.8 91.0 Current/A 1.5 90.0 90.2 90.4 90.6 90.8 91.0
0.0
0.0
1.0
1.0
0.5 0.5
0.0 0.0
0 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 100
Time/min Time/min
2.5 420 r/min 2.5 480 r/min
2.5 Current/A 2.0 2.5 Current/A 2.0
1.5
1.5
0.5
2.0 1.0 2.0 1.0
0.5
Current/A 1.5 90.0 90.2 90.4 90.6 90.8 91.0 Current/A 1.5 90.0 90.2 90.4 90.6 90.8 91.0
0.0
0.0
1.0
1.0
0.5 0.5
0.0 0.0
0 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 100
Time/min Time/min

Fig. 7 Real-time current curve under different rotation speed
图 7 不同转速下的实时电流曲线