Page 127 - 摩擦学学报2025年第4期

第 4 期 周海滨, 等: MoS 2 镀层类型对湿式铜基摩擦材料高速重载下的摩擦学行为影响 615

先升高后降低趋势，说明界面发生了破坏，导致其承 有沿滑动方向铺展趋势，导致其沿滑动方向的σ 和τ均
h
载能力的劣化. 此结果与图6(b)中的界面脱黏现象相 较低，造成低摩擦系数的形成，表现出良好的润滑减
对应，充分说明了MoS @Cu/Cu基体界面具有较差的 摩性能，A区域中某些区间的摩擦系数甚至在0.1以下.
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机械性能，进一步证明了MoS @Cu/Cu扩散-反应结合 对于Cu基体上(C区域)的摩擦系数，由于σ 和τ/H 的快
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h
v
界面强度相比MoS @Ni/Cu扩散结合界面更低. 速增加，导致摩擦系数快速提升至0.2~0.3之间. 在界
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界面区的微滑擦性能可以用摩擦系数进行表征. 图8 面区中(B区域)，MoS @Ni/Cu结合界面结合较好，具
2
所示为压头在界面区滑擦过程的示意图. 如图8所示， 有良好的支持性能，导致界面处的压入深度快速降
微滑擦过程中的犁削分量可以根据下式进行计算 [24-25] . 低，此时阻碍压头移动的材料逐渐由MoS 向Cu切换，
2
虽然存在部分的MoS 润滑作用，犁削摩擦系数仍呈
f p A h σ h 2
µ p = = (12)
N A vp σ vp 平稳提高趋势. 由于Cu-MoS @Ni/Cu结合界面结合较
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式中，f 为摩擦力中的犁削分量；A 为压头与摩擦材料 差，滑动过程中易发生结合界面的显著破坏，导致界
p
h
接触面在水平方向的投影面积；A 为发生塑性变形 面的支撑能力大大降低. 在此条件下，界面处压头压
vp
时压头与摩擦材料接触面在垂直方向的投影面积；σ h 入深度的增加导致滑擦过程中A 值的快速提升，提高
h
为摩擦材料在滑动方向的屈服或抗压强度；σ 为摩擦 了滑擦过程中的犁削摩擦系数. 因此，MoS @Cu/Cu
2
vp
材料在垂直方向的屈服或抗压强度；R为压头半径； 界面处的摩擦系数表现出明显的先提升后降低的趋
h为压入的深度. 滑擦过程中的黏着分量可以用下式 势，形成典型的摩擦系数曲线突起. 界面处摩擦系数
[26]
计算 . 的变化也进一步证明MoS @Cu/Cu基体界面在滑擦过
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τ 程中发生界面破坏，说明MoS @Cu/Cu基体界面的强
τA vp 2
µ a = = (13)
H v A vp H v 度相对较低.

式中，τ为材料的抗切强度，H 为材料的硬度. 2.2 摩擦材料的组织与物理机械性能
v
对于MoS 而言，其较低的硬度导致A 与A 的比 包含所有类型组元，用于实际摩擦学性能测试样
2 h vp
值较高，但由于滑擦过程中具有层片结构的MoS 具 品 (Cu-BFM-MoS @Ni和 Cu-BFM-MoS @Cu试 样 )的
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2
2
金相显微组织如图9所示. 由图9可知，大面积的橙黄

A vp
色相主要为合金化的Cu基体，主要用于为摩擦材料提
2r
Sliding 供基础的机械物理性能. 大块的浅黑色相为石墨相，
r direction
用于防止黏着、平顺摩擦并减少摩擦噪音. 灰黑色的
R
h A h 颗粒相则为ZrO 与SiO ，这2种摩擦组元主要起到增
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2
摩作用，提高力矩传递的效率. 小颗粒不规矩形状的黑
色相则主要为本研究中涉及的MoS @Cu与MoS @Ni，
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2
这2种相颗粒较小且分布均匀，润滑性能良好，主要用
Fig. 8 The schematic of indenter scratching on the surface.
图 8 微滑擦示意图 于调控摩擦过程，进一步调控摩擦过程的平稳性.

(a) (b)
MoS 2 @Cu
Gr
Gr
SiO 2
MoS 2 @Ni
ZrO 2

200 μm 200 μm

Fig. 9 Microstructure of Cu-based friction materials: (a) Cu-MoS 2 @Cu; (b) Cu-MoS 2 @Ni
图 9 含2种改性MoS 2 摩擦材料的金相显微组织：(a) Cu-MoS 2 @Cu; (b) Cu-MoS 2 @Ni