Page 135 - 《摩擦学学报》2021年第4期

578 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

The process of rolling or
sliding friction

Decomposition of lubricant and
Lubrication without formation of catalysing surfaces Lubrication with
WS 2 NP oil WS 2 NP oil

H Permeation of atomic hydrogen

Hydrogen H
accumluation at Formation of
bulk material tribofilms

Fig. 9 Influence of nano-additive on hydrogen permeation
图 9 纳米添加剂对氢渗透作用的影响

较短的原因之一. 有研究表明，具有扁平层状结构的 尚少. 目前研究主要集中于潮湿环境中痕量水与氢气
2H-WS 纳米颗粒在摩擦接触面发生化学反应生成连 的相互交联作用对材料摩擦学行为的影响. 美国橡树
2
续的保护膜，可以阻止金属表面新生催化位点的产 岭国家实验室在1989年提出了水气诱发氢脆机制. 对
生，从而抑制油/水分子分解产生氢原子；氢原子在钨 FeAl(Fe-36.5%Al，质量分数)合金而言，水气与活性元
类化合物中的扩散系数较低，可以有效减缓氢渗透现 素铝反应生成氧化铝的同时产生氢原子吸附在裂缝
象；在高温高压的接触表面，氢气可以通过还原反应 顶端，最终造成材料表面损伤 .
[8]
对摩擦膜的形成产生有利影响，一方面降低了系统中 当氢气系统中存在痕量水分时，会加剧机械动力
的氢含量，另一方面WS 纳米添加剂可以和基材相互 部件的微振磨损现象. 尤其是暴露在高氢气压力的体
2
作用形成含铁、钨硫化物和氧化物的厚的固态摩擦 系中，这种微振磨损的危害将被进一步放大 [43-46] . 图10 [45]
膜，进一步阻止氢渗透 [40-42] . 表明了痕量水对a-C：DLC膜摩擦铝盘过程中摩擦系

1.3 氢气环境与其他环境因素共存条件下的材料 数的影响. 可以明显看出，氢气氛围中随着水含量的
摩擦磨损和润滑 增加，材料的摩擦系数也有所增加，这可能是由于痕
[43]
氢气在制备过程中会不可避免地引入杂质，这些 量水的存在抑制了碳膜在摩擦过程中的转移所致 .
[46]
杂质因素会和氢气共同作用影响金属表面膜的性能 Miyake等 研究了氢气氛围中痕量水对金属镍摩擦
和转移过程，进一步诱导加剧材料的摩擦磨损行为. 化学反应行为的影响，研究结果表明痕量水和氢气同
氢气与惰性气体N 、Ar等混合的摩擦学行为目前研究 时存在时，金属Ni表面会发生摩擦化学反应形成氢氧
2
1.2
0.5
(a) (b)
H 2 with 0 mg/L water N 2 with 0 mg/L water
1.0 N 2 with 60 mg/L water
Friction coefficient 0.4 Friction coefficient 0.8
H 2 with 60 mg/L water
H 2 with 160 mg/L water
N 2 with 160 mg/L water
0.3
0.6
0.2
0.1 0.4
0.2
0 0
0 50 100 150 0 50 100 150
Sliding distance/m Sliding distance/m

Fig. 10 Changes in the coefficient of friction with trace water of a-H: DLC films [45]
图 10 痕量水对氢气氛围中的a-H：DLC薄膜摩擦系数的影响 [45]