Page 82 - 《摩擦学学报》2021年第3期

第 3 期 孙逸翔, 等: 转速对水环境下纯铜滚动载流摩擦损伤的影响
100 μm
(a) 200 r/min
Fig. 8 Evolution of the damage characters under different rotation speed
图 8
件下层片状疲劳损伤变为疲劳剥落的临界速度应该
在200~240 r/min之间.
综上，转速对水环境下纯铜滚动载流摩擦副的性
能和失效产生显著影响. 转速从30 r/min增至480 r/min，
干态下摩擦系数降低了47.6%，而水下摩擦系数降低
了57.8%，且水下摩擦系数远远高于干态摩擦系数；干
态下接触电阻升高了25.4%，而水下接触电阻增大了
10倍，且水下接触电阻更高. 可能的机制如下：低转速
时水主要表现出毛细作用，导致摩擦系数较高，摩擦
接触区承受更大的剪应力并且最大剪应力位置从次
[13]
表层上升至接触表面 ，材料表面发生明显的层片状
疲劳现象；随着转速的增大，摩擦系数减小，摩擦接触
区域承受的剪应力减小，塑性变形和表面疲劳减弱；
但高转速下水压作用增大 ，水侵入表面缺陷或微裂
[22]
纹后，滚动挤压下产生的瞬间高压将加速裂纹扩展，
导致疲劳剥落的产生. 因此，在本文中，低、高转速下
疲劳损伤表现形式不同，不同转速下疲劳损伤形式转
变是摩擦系数降低和水压作用增强竞争的结果. 本文
试验条件下表面损伤形式转变的临界转速在200~
240 r/min之间. 同时，水参与下的电化学氧化导致水
下接触电阻远高于干态下的接触电阻.
由于试验所使用的铜盘样品较重，使用大量程天
平称重时，千分之一精度不足以检测磨损重量，另外，
虽然摩擦副表面发生材料去除使重量减少，但表面同
时发生了氧化反应使重量增加，两者综合作用使称重
计算磨损率更加困难. 我们正在设计轻量化的环状滚
动摩擦副，后续进一步研究磨损量的变化规律.
3 结论
a. 随着转速从30 r/min增至480 r/min，水环境下纯
铜滚动载流摩擦系数最终值从1.06降低至0.49，接触
电阻从0.57 Ω升高至6.4 Ω.
b. 随着转速的增高和摩擦系数的降低，表面损伤
371
100 μm 100 μm
(b) 240 r/min (c) 420 r/min
不同转速条件下的损伤形貌转变
形式从层片状疲劳渐变为疲劳剥落，表层下方的塑性
流变减弱. 不同转速下疲劳损伤形式转变是摩擦系数
降低和水压作用增强竞争的结果，表面损伤形式转变
的临界转速在200~240 r/min之间.
c. 高转速表面剥落区外的氧化程度明显高于疲
劳剥落区，导致剥落损伤表面的实时电流波动剧烈.
参 考 文 献
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