Page 129 - 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 617

0.11 1.0

(a) Cu-BFM-MoS 2 @Ni (b) Cu-BFM-MoS 2 @Ni
Cu-BFM-MoS 2 @Cu 0.9 Cu-BFM-MoS 2 @Cu
0.8
Friction coefficient 0.09 Stable friction coefficient 0.7
0.10
0.6
0.5

0.08 0.4
0.3
0.2
3 4 5 6 3 4 5 6
Rotational velocity/(kr/min) Rotational velocity/(kr/min)
Fig. 11 (a) The mean friction coefficient and (b) stable friction coefficient of Cu-based friction materials
图 11 含2种改性MoS 2 摩擦材料的(a)平均摩擦系数与(b)稳定摩擦系数

提升，摩擦系数整体呈降低趋势. 其中，Cu-BFM-MoS @ 成其机械接触摩擦力相比Cu-BFM-MoS @Ni试样更
2
2
Cu试样在低速下具有相对较高的摩擦系数，但其摩擦 高. 随转动速度提升，摩擦热快速增加，摩擦材料受热
系数随转速提升而表现出更加明显的降低趋势. 因 发生强度降低而致使机械摩擦力下降. 摩擦副界面温
此，在相对较高的摩擦条件下，Cu-BFM-MoS @Ni材 度提升还会造成摩擦界面润滑油黏度的降低. 此时，
2
料试样的摩擦系数开始反超前者. 对于摩擦过程中的 摩擦力(摩擦系数)开始随转动速度的增加而逐渐降
稳定摩擦系数而言，其整体随测试速度表现出与摩擦系 低. 在这个阶段，由于Ni即可以提高MoS 与基体的结
2
数相似的降低变化规律，但从变化趋势来看，含MoS @ 合特性，又可以通过扩散的方式对基体进行固溶强化.
2
导致Cu-BFM-MoS @Ni试样相比Cu-BFM-MoS @Cu
Ni材料在所有测试条件下均表现出更好的稳定性. 2 2
试样具有更好的物理力学性能，有利于减少材料随摩
油膜形成的黏性剪切力和微凸体产生的机械摩
擦界面温度的软化现象，阻碍了摩擦系数机械分量随
擦力是离合器摩擦材料工作中摩擦力的主要来源，其
转动速度的降低. 因此Cu-BFM-MoS @Ni试样的摩擦
[29]
表达式如下 ： 2
系数开始超过Cu-BFM-MoS @Cu试样.
2
(14)
f = f v + f c
随着相对转动速度提升至6 000 r/min时，对于Cu-
式中，f 为润滑油膜的摩擦力，f 为机械接触摩擦力. BFM-MoS @Cu试样，由于摩擦界面处温度的快速提
c
v
2
上式中，根据边界润滑理论，油膜形成的摩擦力也可 升，油膜的支撑性能进一步劣化，甚至某些区域因较
以用下式表示. 高的闪点温度而引起油膜局部碳化，从而使液固接触
面积减小，导致摩擦系数机械部分的分量(干摩擦部
(15)
f v = Aa w τ l
分)快速增加. 在此情况下，Cu-BFM-MoS @Cu试样因
式中，A为滑动面之间的名义接触面积， a W 是液体接 2
MoS 的分解以及MoS @Cu/Cu界面缺陷存在导致摩
触面积在名义接触面积A中所占的百分数， τ l 流体表 2 2
擦过程中的振动与冲击加剧，使得瞬时摩擦系数曲线
面剪切强度.
的上下摆动，形成较低的稳定系数. 在此不稳定摩擦
机械部分的摩擦力可以用下式表示：
过程中，摩擦材料与摩擦对偶之间微凸体的过度啮合
(16)
f c = A(1−a w )τ s + f p 是导致Cu-BFM-MoS @Cu试样摩擦系数又开始提升
2
式中，1−a 代表摩擦材料与摩擦对偶之间的真实接触 的主要原因.
w
面积在名义接触面积中的占比，τ 为固体的表面剪切 含2种MoS 摩擦材料的磨损量如图12所示. 经过
2
s
强度，f 则为犁沟效应产生的阻力. 测试摩擦对偶的磨损几乎可以忽略不记，因此不在本
p
在较低的摩擦转速下，2种材料所处的边界摩擦 文中讨论. 由图12可知，与材料分析及摩擦系数的分
状态相似，即摩擦分量中由油膜造成的剪切分量相似. 析结果相符，在所有测试条件下Cu-BFM-MoS @Ni试
2
此时，摩擦性能的差异主要来源于机械接触摩擦力的 样的耐磨性均高于Cu-BFM-MoS @Cu试样. 尤其在
2
差异，这些差异来源于真实接触区域中材料本征摩擦学 较高的测试转速下，因避免了摩擦失稳现象产生，Cu-
−5
3
性能的差异. 对于Cu-BFM-MoS @Cu试样，由于MoS 2 BFM-MoS @Ni试样的磨损率为6.62×10 mm /J，比
2
2
发生分解导致接触区分布的润滑组元体积的减小，造 Cu-BFM-MoS @Cu试样低30%以上.
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