Page 26 - 《摩擦学学报》2021年第5期

第 5 期 柏伟, 等: (CuMnNi) 100-x Al x 高熵铜合金的显微组织、力学与摩擦学性能研究 615

变形，材料表面的强度和硬度提高，这种表面硬化现 屑的产生与摩擦时微裂纹的形成和扩展有关，这是由
[22]
象有助于改善其耐磨性 . 于在往复摩擦过程中，高熵铜合金表层在剪切应力和
为了研究两种合金的摩擦磨损机制，应用三维轮 压应力的交变作用下发生塑性变形并萌生微裂纹，当
[24]
廓仪和SEM分析了其磨痕形貌，结果如图7~8所示. 由 裂纹扩展到临界长度后易导致材料剥落 . 因此，高
图7(a)可见，高熵铜合金的磨痕较浅，磨痕内有明显的 熵铜合金室温下的磨损机制主要为磨粒磨损和疲劳
犁削痕迹和微小的剥落坑，表明摩擦过程中除对偶球 磨损. 此外，图8(b)中还存在明显的黑色和灰色两种区
和磨屑对合金表层的犁削作用外还伴有轻微的塑性 域，对其EDS分析结果(表3)显示灰色区域的氧含量明
变形. 由图7(b)可见，C6161铝青铜的磨痕深度和宽度 显高于黑色区域，这是由摩擦氧化作用造成的 [25-26] . 如
明显大于高熵铜合金，且沿滑动方向和磨痕边缘有大 图8(c~d)所示，C6161铝青铜磨痕中的犁沟和塑性变形
量的磨屑堆积和凸起. 这是由于C6161铝青铜的强度 特征较高熵铜合金更显著，表明摩擦时铝青铜的磨粒
和硬度较(CuMnNi) Al 高熵铜合金低，导致摩擦过 磨损和塑性变形较高熵铜合金更严重. 铝青铜基体和
90
10
程中对偶球对铝青铜的犁削作用加剧，使表层发生了 磨屑的EDS分析显示，该合金摩擦时也存在摩擦氧化
[23]
严重的塑性变形 . 现象. 因此，C6161铝青铜的磨损机制主要为磨粒磨损
如图8(a)所示，高熵铜合金的磨痕表面除犁沟、塑 和严重的塑性变形. 通过以上对高熵铜合金和青铜的摩
性变形以及脱落坑外还分布着少量的白色颗粒状磨 擦系数、磨损率及磨痕形貌的分析表明：(CuMnNi) Al 10
90
屑，犁沟和塑性变形主要是对偶球的微犁削作用造成 高熵铜合金的高硬度和高强韧性使其具有良好耐磨
的，表明其磨损机制主要为磨粒磨损. 图8(b)中磨痕的 性，其较高的硬度和强度有利于降低磨损，但磨痕表
高倍SEM照片显示剥落坑和微裂纹相连，表明部分磨 面的微裂纹和剥落坑较多导致粗糙度增加，因而其摩

2.0 2.0 600
(a) Fraction coefficient (b) Inside
Wear rate 1.5 500 Outside
Friction coefficient/μ 1.0 1.0 Wear rate/[10 −4 mm 3 /(N·m) −1 ] Microhardness/HV 400
1.5

300

200
0.5
0.5

0.0 0.0 100 0
C6161 C6161
(CuMnNi) 90 Al 10 (CuMnNi) 90 Al 10

Fig. 6 Friction coefficient and wear rate (a) and microhardness (b) of worn surfaces in (CuMnNi) 90 Al 10 high
entropy bronze and C6161 bronze
图 6 (CuMnNi) 90 Al 10 高熵铜合金和C6161铝青铜的摩擦系数、磨损率(a)和磨痕显微硬度(b)

(a) μm (b) μm
35
50
30
40
25
0 0 30
20
0.5 1.0 15 0.5 1.0
20
x/mm 10 x/mm
1.0 0.5 y/mm 1.0 0.5 y/mm 10
5
2.0 0 2.0 0 0
0

Fig. 7 3D mophology of worn surfaces of (CuMnNi) 90 Al 10 high entropy bronze (a) and C6161 bronze (b)
图 7 (CuMnNi) 90 Al 10 高熵铜合金(a)和C6161铝青铜(b)磨痕的三维形貌