Page 69 - 摩擦学学报2025年第10期

1466 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

Sliding direction

10 μm 10 μm 10 μm
(a) MWCNT + PEI/PEEK (b) MWCNT + PEI/5CF+PEEK (c) MWCNT+PEI/10CF+PEEK

10 μm 10 μm
(d) MWCNT + PEI/15CF + PEEK (e) MWCNT + PEI/20CF + PEEK

Fig. 8 Wear surface optical micrographs of MWCNT+PEI/CFs+PEEK layer composites on GCr15 steel ring at 61 N and 1 m/s
图 8 MWCNT+PEI/CFs+PEEK层状复合材料在61 N和1 m/s下GCr15钢环磨损表面光学照片

痕证明破碎的CF在摩擦界面中充当硬质磨料颗粒，加 的粘结性变差，在摩擦力和摩擦热的作用下，纤维易
强了材料的去除. 同时，厚而松散的转移膜是不稳定 从基体中拔出. 与图4中不同质量分数CF的复合材料在
的，在裸露的纤维下反复刮擦，转移膜不断从钢表面 PEEK基体中的分散性的变化相一致.
去除. 因此，MWCNT+PEI/15CF+PEEK层状复合材料 复合材料优异的摩擦和磨损性能与转移膜的
在低载下的磨损机理主要是磨料磨损伴有局部材料 形成密切相关，转移膜在反复滑动过程中保护CF和
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剪切破坏，从而导致材料去除. MWCNT+PEI/PEEK基体 . 如图9(b)所示，转移膜的
在高负载下，滑动过程中会产生更多的热量，削 形貌和用于评估转移膜厚度的最大高度(S )值也存在
z
弱CF和PEEK基体之间的黏附力，并导致纤维剥落， 差异，不同纤维含量的复合材料在钢环表面表现出不
从而引起耐磨性降低. 当纤维不能有效地传递所施加 同程度的磨痕. 当纤维含量较低时，滑动磨损主要发
的应力，并且最大应力超过其强度时，就会发生纤维 生在基体和CF之间，尽管从表面形貌上可以感知滑动
开裂. 图9(a~b)所示分别为不同质量分数CF的复合材 方向，但没有其他CF含量复合材料明显，结合参数S ，
z
料在法向载荷为228 N和滑动速度为1 m/s时的磨损表 MWCNT+PEI/5CF+PEEK层状复合材料在其对偶面
面和钢环表面的SEM照片. 如图9(a)所示，在高负载 上形成的转移膜很薄且不均匀. 随着CF质量分数的增
下，MWCNT+PEI/5CF+PEEK层状复合材料磨损表面 加，在SEM和3D观察中可以清晰地看到滑动方向和磨
相对光滑，在滑动过程中CF承受了大部分载荷，以界 损痕迹. MWCNT+PEI/15CF+PEEK层状复合材料形成

面脱粘和纤维断裂为主要磨损机制，以及0.3%MWCNT 的转移膜薄且均匀，覆盖钢环表面的大部分区域，高质
从滑动表面分离，充当第三体磨料颗粒形成的“三体 量的转移膜可降低摩擦阻力和摩擦热（见表2），保护
磨损”，在磨损表面形成微犁沟. 这种平行于滑动方向 聚合物基体免受严重损坏，提高耐磨性且降低磨损率.

的划痕形式的微磨损和犁沟现象在CF质量分数为5% MWCNT+PEI/20CF+PEEK层状复合材料在钢环表面
时最明显. 从图9(a2~a3)可以看出，在相同条件下，随 形成了较宽的犁沟，基于参数S ，20%CF[图4(d)]形成
z
着CF质量分数的增加，相对MWCNT含量减少，由于CF 的转移膜最厚. 综合所有含量和载荷确定15%CF作为
的增强作用，更多的纤维发生断裂形成磨损碎屑填充 最佳含量值.
在凹槽中，磨损表面划痕减少，此时以磨料磨损和纤 图10所示为MWCNT+PEI/15CF+PEEK复合材料
维磨损为主. 当纤维质量分数为20%时，纤维与基体 在不同滑动速度下磨损表面和钢环表面形貌的SEM