Page 77 - 摩擦学学报2025年第10期
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1474 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷
强Cu/PTFE复合材料的制备相同. 为了对比研究，本文 磨损时间(s)，本文中的磨损率是计算3次摩擦重复试
中采用相同的工艺烧结制备PTFE. 图3所示分别为烧 验的平均值.
结后的PTFE、颗粒增强Cu/PTFE复合材料和三维骨架
增强Cu/PTFE复合材料. 2 结果与讨论
1.2 试验方法 2.1 微观组织分析
烧结后试样依次经过400目、800目、1 000目、 图4所示为PTFE、颗粒增强Cu/PTFE复合材料和
1 200目、1 500目、2 000目和3 000目砂纸打磨，在金 三维骨架增强Cu/PTFE复合材料金相和扫描电镜微观
相磨抛机上逐一抛光. 利用Leica DMi8C光学显微镜、 组织照片. 由图4(a)和(d)可知，PTFE由单一相组成，且
JSM-IT100型扫描电子显微镜(SEM)、D8-advanced型 由于PTFE材质较软，其扫描电镜微观形貌中有划痕
X射线衍射仪(XRD)和能谱仪(Energy dispersive spectr- 存在. 图4(b)和(e)所示为颗粒增强Cu/PTFE复合材料，
oscopy, EDS)分别对烧结后PTFE、颗粒增强Cu/PTFE 其 中 明 亮 部 分 为 增 强 相 铜 颗 粒 ， 颜 色 较 暗 的 为
复合材料和三维骨架增强Cu/PTFE复合材料的微观组 PTFE基体，且增强相铜颗粒弥散分布在PTFE基体中；
织、化学成分和物相组成进行分析. 采用DR-Ⅲ导热系 图4(c)和(f)是三维骨架增强Cu/PTFE复合材料，可以
数测试仪和LXD-D型数显邵氏硬度计分别对PTFE和 看出比较亮的部分为铜骨架结构，暗色为PTFE基体
Cu/PTFE复合材料的导热性能与硬度进行测试. 利用 相，泡沫铜的三维的骨架结构与PTFE通过互锁的方
WDW-100D型万能试验机并参考GB/T1041-2008测试 式形成了整体.
压缩性能，其中试样加工为10 mm×10 mm×4 mm的棱 图5所示为对上述3种材料进行能谱测试的结果.
柱状，压缩速率为1 mm/min. 由图5(a1~a3)可以看出，PTFE只存在F元素和C元素.
采用UMT-2多功能摩擦磨损试验机对试样进行 图5(b1~b3)为铜颗粒增强Cu/PTFE复合材料，其中F元
摩擦磨损试验，磨损方式选用球-盘往复模式. 摩擦磨损 素代表复合材料中PTFE基体相，Cu元素代表颗粒增
试验中的对磨材料选用直径为6.35 mm，硬度为62 HRC 强相弥散分布在复合材料的基体中；图5(c1~c3)是三
的GCr15钢球，摩擦材料分别为PTFE、颗粒增强Cu/PTFE 维骨架增强Cu/PTFE复合材料，根据F与Cu元素分布
复合材料和三维骨架增强Cu/PTFE复合材料. 摩擦过 结果可知，铜骨架与PTFE通过拓扑互穿方式形成双
程中载荷为10 N，单向行程为8 mm，往复速度为6 mm/s， 连续相的复合材料.
时间为30 min. 试验中摩擦系数由摩擦磨损试验机自 2.2 添加相结构对Cu/PTFE复合材料物相结构的
动采集. 摩擦磨损试验后利用Nano focus AG型三维形 影响
貌测试仪对磨痕形貌进行分析，计算磨痕宽度和深 对PTFE、颗粒增强Cu/PTFE的复合材料和三维骨
度，并通过公式(1)计算不同材料的体积磨W . 架增强Cu/PTFE复合材料进行了XRD分析，结果如图6
V
1000∆V 所示. 从图6中可以看出，在衍射角2θ为18.1°、31.5°和37.0°
W V = (1)
Fvt 处出现了衍射峰，通过对比标准PDF卡片可知该衍射
3
式中：W 为体积磨损率[mm /(N·m)]，ΔV为磨损体积 峰对应物质为PTFE. 颗粒增强Cu/PTFE颗粒复合材料
V
3
数值(mm )，F为试验载荷(N)，v为往复速度(mm/s)，t为 与三维骨架增强Cu/PTFE复合材料在衍射角2θ为43.3°
(a) (b) (c)
Fig. 3 Diagrams of PTFE and Cu/PTFE composites: (a) PTFE; (b) particle-reinforced Cu/PTFE;
(c) three-dimensional skeleton reinforced Cu/PTFE
图 3 PTFE及Cu/PTFE复合材料图：(a) PTFE；(b) 颗粒增强Cu/PTFE；(c) 三维骨架增强Cu/PTFE
