Page 71 - 摩擦学学报2025年第10期

1468 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

(a) (c) (e)

10 μm 100 μm 10 μm 100 μm 10 μm 100 μm
(b) (d) (f)
Element Mass fraction Atomic fraction Element Mass fraction Atomic fraction Element Mass fraction Atomic fraction
C 13.9% 42.8% C 17.6% 49.8% C 21.5% 56.0%
Cr 1.3% 1.0% Cr 1.3% 0.8% Cr 1.2% 0.7%
Fe 84.8% 56.2% Fe 81.1% 49.6% Fe 77.3% 43.3%

Sliding direction
Sliding direction
10 μm 10 μm 10 μm

Fig. 10 The wear surface morphology of MWCNT+PEI/15CF+PEEK layered composites at
122 N was observed: (a, b) 0.5 m/s；(c, d) 1.0 m/s；(e, f) 2.0 m/s
图 10 MWCNT+PEI/15CF+PEEK层状复合材料在122 N下磨损表面形貌照片：(a, b) 0.5 m/s；(c, d) 1.0 m/s；(e, f) 2.0 m/s

现象减轻，摩擦表面相对平整. 复合材料. 并详细讨论了不同CF含量对复合材料摩擦
图10(b~f)所示为经过不同滑动速度摩擦学测试 磨损性能的影响. 可以得出以下结论：
的GCr15钢环的磨损表面形貌照片和能谱. 分析表明， a. 通过3D打印的方法制备了不同CF含量层状复

平均含碳量接近40%(原子分数)，表明其表面已形成 合材料. 通过FTIR结构分析、力学和热学表征发现，不
转移膜. 在速度为0.5、1.0 m/s时，钢环表面Fe元素含 同含量CF/PEEK和MWCNT/PEI层间界面结合良好；
量较多且钢环表面存在明显凹槽，没有形成连续的转 CF含量没有改变PEEK特征峰和强度，对PEEK中的官
移膜；相比之下，速度为2.0 m/s时钢环表面凹槽被覆 能团也没有产生影响；添加CF使PEEK的热稳定性得
盖，且含碳量约为56%(原子分数)，说明钢环表面形成 到大幅度提高.
了1层均匀且连续的转移膜. 综上所述，当滑动速度从 b. 室温干摩擦条件下，CF的加入均可有效降低层
0.5 m/s增加到1.0 m/s时，摩擦热的产生速度变快，表 状复合材料的摩擦系数和磨损率. 固定速度为1 m/s和
面温度升高，表面材料软化，然后从基材上脱落黏附 载荷为61 N时，低含量(CF质量分数不大于15%)滑动
到对偶钢环上，导致黏着磨损加剧，摩损率增加. 随着 过程中优先承受载荷，有效地保护基体材料免受钢环
滑动速度进一步增加至2.0 m/s，越来越多的基体材料 表面硬质微凹痕的划伤，以界面剪切引起的基体磨损
被分离并压实在对偶钢环，逐渐形成连续转移膜. 因 为主要磨损，由于缺乏连续和均匀的转移膜，伴随着
此，避免了聚合物与钢环表面的直接接触，减小了摩 轻微的磨粒磨损. 随着CF含量的增加(CF质量分数大
擦系数，降低了磨损率. 于15%)，纤维脱落和断裂反复刮擦复合材料表面，导
通过综合磨损率和表面形貌的SEM照片分析，可 致严重的三体磨损. 当载荷增加至152、228 N时，稳定
以得出结论：在高速高载条件下，MWCNT+PEI/15CF+ 的转移膜减少了不同质量分数CF的复合材料之间的
PEEK层状复合材料仍然表现出良好的摩擦磨损性 磨损差异. 在剪切和压应力的共同作用下，细小纤维

能，弥补了基体材料在高速情况下的不足. 磨损碎片和部分复合材料基体嵌入钢环表面凹槽中，
复合材料的磨损机理主要为纤维磨损.
3 结论 c. 在室温条件下，对添加不同含量CF的层状复合

本文中提出了1种新的摩擦结构设计，利用FDM 材料进行摩擦学试验，发现质量分数15%为CF最优含
的方法将2种具有不同性能的复合材料组装在一起， 量. 随着速度的增加，MWCNT+PEI/15CF+PEEK的磨
制备了3D打印的MWCNT+PEI/CFs+PEEK交替层状 损率先增大后减小，磨损机理由黏着磨损为主向黏着