Page 43 - 摩擦学学报2025年第10期

1440 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

试验中不同相对运动方向所导致的摩擦力与磨损形 2022, 58(22): 334–348]. doi: 10.3901/JME.2022.22.334.
貌变化特性出发，对铍青铜悬臂梁簧片和Au-Co合金 [ 4 ] Liu Jinchao, Cui Jie. Atomic force microscopy: principles and
applications in the field of in situ electro-chemical characteriza-
汇流环道样品设计了正向滑动与反向滑动试验，建立
tion[J]. Materials Reports, 2022, 36(14): 191–201 (in Chinese) [刘
了物理模型并基于材料力学小变形理论，分析探讨了
金超, 崔洁. 原子力显微镜的工作原理及其在电化学原位测试中
该摩擦副在相对运动方向沿悬臂梁长轴的双向滑动
的应用[J]. 材料导报, 2022, 36(14): 191–201]. doi: 10.11896/cldb.
时的摩擦学行为. 主要结论如下： 21030036.
a. 在摩擦过程中法向力与摩擦力的变化量为线 [ 5 ] Atomic Force Microscopy in Process Engineering[M]. Elsevier Ltd:
性负相关，且该比例系数近似等于悬臂梁固定端法向 2009-01-01. Bowen W R, Hilal N. Atomic Force Microscopy in
方向与水平方向的夹角的余切，本质上是由于悬臂梁 Process Engineering[J]. 2009.
固定端垂直方向与接触平面的距离保持不变，导致的 [ 6 ] Mate C M, McClelland G M, Erlandsson R, et al. Atomic-scale
friction of a tungsten tip on a graphite surface[J]. Physical Review
力、力矩与结构重新适应的过程. 而法向力与摩擦力
Letters, 1987, 59(17): 1942–1945. doi: 10.1103/PhysRevLett.59.
的波动范围在初始静态法向力确定时，实际上由摩擦
1942.
副接触表面的摩擦系数决定，且法向力与摩擦系数的
[ 7 ] Wang Dong, Russell T P. Advances in atomic force microscopy for
变化关系为反比例函数. probing polymer structure and properties[J]. Macromolecules, 2018,
b. 悬臂梁支撑摩擦副在沿悬臂梁长轴向压缩悬 51(1): 3–24. doi: 10.1021/acs.macromol.7b01459.
臂梁方向(反向)相对滑动时，其法向力、摩擦力以及 [ 8 ] Bhushan B. Nanotribology and nanomechanics of MEMS/NEMS
摩擦系数相较于正向滑动显著增加，磨痕宽度、磨损 and BioMEMS/BioNEMS materials and devices[J]. Microelectronic
Engineering, 2007, 84(3): 387–412. doi: 10.1016/j.mee.2006.10.059.
体积和黏着体积均高于后者. 本质上是由于在运动过
[ 9 ] Butt H J, Cappella B, Kappl M. Force measurements with the atomic
程中摩擦力反向导致在(a)中所述效应的作用下法向
force microscope: Technique, interpretation and applications[J].
力与摩擦力均需要增大以满足力和力矩平衡. 对于其
Surface Science Reports, 2005, 59(1-6): 1–152. doi: 10.1016/j.
摩擦学行为，一方面，摩擦热的增加导致的温升使粗
surfrep.2005.08.003.
糙峰更易发生黏着，材料塑性形变增强；另一方面是 [10] Yasar I, Canakic A, Arslan F. The effect of brush spring pressure on
法向力增大使摩擦副真实接触面积变大，二者综合作 the wear behaviour of copper-graphite brushes with electrical
用导致了反向滑动中黏滑效应的增强、摩擦力以及摩 current[J]. Tribology International, 2007, 40(9): 1381–1386. doi: 10.
1016/j.triboint.2007.03.005.
擦系数的少量增加，增强了黏着磨损.
[11] Liu Juntao. Study on friction and wear characteristics of contact
c. 尽管通过固定垂直方向相对位置的方式限定
materials of conductive slip rings[D]. Dalian: Dalian University of
了初始法向力，但随相对运动方向的变化，实际的法
Technology, 2013 (in Chinese) [刘军涛. 导电滑环接触材料摩擦磨
向力会出现显著差异，表明在现实应用场景中，初始
损特性研究[D]. 大连: 大连理工大学, 2013].
静态法向力与实际动态法向力间存在着较大偏差. 此 [12] Xie Xinlin, Zhang Lei, Xiao Jinkun, et al. Sliding electrical contact
现象对于摩擦副工况控制也具有较大影响，因此在预 behavior of AuAgCu brush on Au plating[J]. Transactions of
设载荷时需要考虑由于此效应导致的法向力偏差及 Nonferrous Metals Society of China, 2015, 25(9): 3029–3036. doi:
由此带来的摩擦磨损特性改变. 10.1016/s1003-6326(15)63930-9.
[13] Zhang Yongzhen, Yang Zhenghai, Shangguan Bao. Research
progress and challenges in tribo-electric systems[J]. Chinese Journal
参 考 文 献
[ 1 ] Du Shaojun, Zhou Jingwei, Li Fengming. Dynamic deformation of Nature, 2014, 36(4): 256–263 (in Chinese) [张永振, 杨正海, 上
monitoring of cantilever beams using piezoelectric sensors: Theory 官宝. 载流摩擦的研究现状与挑战[J]. 自然杂志, 2014, 36(4):
and experiment[J]. Measurement, 2024, 227(4): 114305. doi: 10. 256–263]. doi: 10.3969/j.issn.0253-9608.2014.04.004.
1016/j.measurement.2024.114305. [14] Wang Binghui, Song Chenfei, Qian Zhiyuan, et al. Effect of Current
[ 2 ] Shan Huizu. Mechanics of materials[M]. 4th ed. Beijing: Higher on Friction Performance of Flexible Ring under Atmospheric and
Education Press, 2016 (in Chinese) [单辉祖. 材料力学-Ⅰ[M]. 4版. Vacuum Environments[J]. Tribology, 2024, 44(5): 666–676 (in
北京: 高等教育出版社, 2016]. Chinese) [王炳辉, 宋晨飞, 钱志源, 等. 大气及真空环境下电流对
[ 3 ] Zhang Qiang, Zhang Kemo, Liu Jikui, et al. Overview of research 柔性环滚动载流摩擦性能的影响[J]. 摩擦学学报(中英文), 2024,
and development on space slip rings[J]. Journal of Mechanical 44(5): 666–676]. doi: 10.16078/j.tribology.2023140.
Engineering, 2022, 58(22): 334–348 (in Chinese) [张强, 张可墨, 刘 [15] Yu Xinyue, Ma Zhifei, Zhang Lei, et al. Effect of load on current-
继奎, 等. 空间导电滑环技术研究与发展综述[J]. 机械工程学报, carrying friction and wear performance and stability of AuNi9/PdNi-