Page 16 - 《摩擦学学报》2021年第4期
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第 4 期           李桂花, 等: 聚酰胺酰亚胺/聚四氟乙烯复合涂层的制备及其摩擦学性能和耐腐蚀性能                                     459

                    0.25                                                8
                        (a)                                             7  (b)
                   Friction coefficient  0.15                          Wear rate/[10 −6  mm 3 /(N·m)]  6 5
                    0.20




                    0.10

                    0.05                                                4
                                                                        3
                        0.0  0.2  0.4  0.6  0.8  1.0  1.2                  0.0  0.2  0.4  0.6  0.8  1.0  1.2
                             Mass ratio of PTFE to PAI                          Mass ratio of PTFE to PAI

                          Fig. 4  The tribological properties of the composite coatings (a) friction coefficient，(b) wear rate
                                        图 4    复合涂层的摩擦学性能(a)摩擦系数；(b)磨损率

            系数基本稳定在0.08左右，相较于不含PTFE的纯PAI                       知，L0涂层的平均磨痕深度较大[图5(a~b)]，磨损表面
            涂层，摩擦系数降低约57.89%. 这是因为摩擦过程中                        出现严重的塑性变形和剥落[图5(c)]，说明纯PAI树脂
            富集在涂层表面的PTFE可以优先转移到对偶面形成                           涂层耐磨损性能较差. 这是由于PAI的润滑性能差，对
            连续的转移膜，使得接触面间的剪切强度减小，涂层                            偶与涂层对磨时，由于基体承载能力差，PAI涂层发生
                           [37]
            的摩擦系数减小 . 随着PTFE含量的增加，转移膜变                         剪切断裂，从基体上不断剥落. PTFE与PAI固体质量
            得更加连续、致密，再加上PTFE转移膜柔软光滑，可                          比为0.6的L3涂层的磨痕三维形貌比较规整[图5(d)]，
            填平对偶金属表面的凹坑，使得之后的摩擦只在                              且平均磨痕深度明显较小[图5(e)]，另外磨痕内部较为
            PTFE转移膜和复合涂层之间进行，最后摩擦系数基                           致密和平坦，几乎无剥落产生[图5(f)]，说明当PTFE与
                       [38]
            本保持不变 . 从图4(b)可知，涂层磨损率随PTFE与                       PAI的固体质量比为0.6时，复合涂层具有较强的耐磨
            PAI固体质量比的增加呈先减小后增大的趋势，L0涂                          损性能. 当PTFE与PAI的固体质量比继续增加时，复
                                               3
                                          −6
            层的磨损率表现出最大，为6.63×10  mm /(N·m). 加入                 合涂层磨痕三维形貌[图5(g、j)]和平均磨痕深度[图5(h、k)]
            PTFE后 涂 层 磨 损 率 有 不 同 程 度 的 降 低 ， 当 加 入            无明显变化，但磨痕的内部表面出现了较多的裂纹和
            PTFE与PAI的固体质量比小于0.6时，涂层磨损率降低                       剥落，磨损表面比较粗糙[图5(i、l)]，这是由于摩擦过
            幅度较小，这是由于加入PTFE过少时，PAI占比过大，                        程涂层出现了黏着现象，由黏着效应引起的黏着节点
            涂层的摩擦学性能较差，摩擦过程产生的润滑转移膜                            产生了剪切断裂，涂层磨损表面表现出黏着磨损的特
            不连续，受到的剪切强度仍较大，对偶对涂层的破坏                            征，导致涂层的耐磨损性能较差. 上述分析结果与图4
            程度大，进而导致涂层耐磨损性能降低；当PTFE与                           中得出的结论一致.
            PAI的固体质量比为0.6时，涂层表现出最低的磨损                              图6所示为复合涂层对应对偶球的磨损表面形
            率 ， 为 3.72×10   mm /(N·m)， 此 时 ， 涂 层 中 润 滑 剂       貌，对偶球磨斑面积由公式S=π·a·b计算，其中a代表与
                              3
                         −6
            PTFE和粘结剂PAI充分结合，既发挥了PTFE优异的润                       磨斑对应椭圆的半长轴长度，b代表与磨斑对应椭圆
            滑性能，又有效发挥了PAI出色的粘结性能，能协同提                          的半短轴长度. 由图6可知，纯PAI树脂涂层L0对应的
            高涂层的耐磨损性能；当PTFE与PAI的固体质量比大                         对偶球磨损程度较大，表现出最大的磨斑面积S ，为
                                                                                                         a
                                                                      2
            于0.6时，涂层磨损率又开始增大，这是由于涂层中                           1.07 mm ，这是因为PAI涂层自身润滑性能较差，在摩
            PAI含量较低，不足以粘结过多的PTFE，涂层的连续                         擦过程中受到较大的剪切应力，发生了严重的塑性变
            性变差，涂层内部结合强度下降，在摩擦过程中涂层                            形，使得对偶与涂层接触面积增大，导致对偶的磨损
            变得更容易开裂和剥落，润滑转移膜很快失效，导致                            破坏程度较大；加入PTFE后，涂层对应对偶球磨斑面
            对偶与破损的涂层直接对磨，涂层耐磨损性能下降.                            积减小，且PTFE与PAI固体质量比为0.6的L3涂层对应
                通过分析涂层磨损表面形貌和对偶球磨损表面                           对偶球磨斑面积最小，为0.7 mm ，这是因为加入
                                                                                             2
            形貌可以进一步探讨复合涂层的摩擦学性能和润滑                             PTFE后，一方面涂层的润滑性能增强，在摩擦过程中
            机制. 图5显示了PAI和PAI/PTFE复合涂层的磨痕三维                     受到较小的剪切应力，涂层塑性变形程度明显减小，
            形貌、截面轮廓和磨痕内部形貌的SEM照片. 由图5可                         另一方面涂层中PAI与PTFE比例适中，协同提高了涂
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