PTFE三层复合轴承材料摩擦温升与摩损机理的关联性研究

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PTFE基三层复合材料的摩擦学性能分析

目录中文摘要 (1)英文摘要 (2)第一章绪论 (3)1.1 自润滑复合材料的研究及应用 (3)1.2 自润滑复合材料的类型 (3)1.3 自润滑复合材料及其摩擦学研究现状 (5)1.4 PTFE基三层复合材料的研究及应用 (5)1.5本论文研究的目的及内容 (7)第二章 PTFE三层复合材料实验测试 (8)2.1 实验装置 (8)2.2 实验条件 (9)2.3 实验小结 (10)第三章不同填料组合对复合材料摩擦学性能的影响 (11)3.1 三层复合材料的配方 (11)3.2 干摩擦条件下的实验结果和分析 (11)3.2.1 实验条件 (11)3.2.2 实验结果 (12)3.2.3 实验分析 (13)3.3 边界润滑条件下的实验结果和分析 (22)3.3.1 实验条件 (22)3.3.2 实验结果 (22)3.3.3 实验分析 (23)3.4 油润滑条件下的实验结果和分析 (33)3.4.1 实验条件 (33)3.4.2 实验结果 (33)3.4.3 实验分析 (34)3.5 本章小结 (43)第四章不同填料的PTFE基三层复合材料磨损机理分析 (44)4.1 不同填料加入量对磨损机理的影响 (44)4.1.1 石墨加入对磨损机理的影响 (44)加入对磨损机理的影响 (45)4.1.2 MoS24.2 填料种类对磨损机理的影响 (46)4.3 多种填料协同添加对磨损机理的影响 (47)4.4 本章小结 (49)第五章结论及展望 (50)5.1 结论 (50)5.2 展望 (50)致谢 (50)参考文献 (50)插图清单未找到图形项目表。

图4.1.2干摩擦12#和13#光学显微照错误!未定义书签。

图4.2 干摩擦22#和23#光学显微照 .................................... 错误!未定义书签。

图4.3 干摩擦10#，12#和14#光学显微照 (49)表格清单未找到图形项目表。

PTFE编织复合材料摩擦特性研究

摘要：在高速摩擦磨损试验机上以摆动频率、荷为变量对ＰＥ编织复合材料进行于摩擦性能测量实验，析摆动频载ＴＦ分率、荷对摩擦因数的影响规律。结果表明：料的摩擦因数随载荷增大呈稳定降低趋势，载材最后趋于平稳。在２～４ｋｏ０Ｎ载荷范围内，擦因数随摆动频率的增大经过一个最小值后上升到稳定值。载荷对摩擦因数的影响大于频率的影响。摩
Ｋｅｒ：ＦＥ；ｏａｆｅｕｅｙ；ｒｃｉｎｃｅｆｃｅｙｗｏｄｓＰＴｌｄ；ｒｑｎｃｆｉｔｏｏｆｉｉｎｔ
ＰＦＰ１ｔｔａｌｏｏｔｅｅ聚四氟乙烯编织复ＴＥ（ｏｙｅｒｆｒｅｈｎ）ｕ合材料由芳纶纤维、纤维等增强纤维以及石墨、炭
测量实验，析了摩擦因数随载荷、动频率的变化特分摆
性，为高频摆动条件下ＰＥ编织复合材料ＰＴＦＶ特性的获得提供实验基础。
载荷速率特性是ＰＦＴＥ编织复合材料性能评估的重要
参数指标，是一个综合考虑编织复合材料在不同速率、
高强度、高温、耐摩擦因数小、物理化学性能稳定等优
良特性广泛应用于具有自润滑特性的关节轴承中ｌ，１］其摩擦磨损性能决定了关节轴承的工作稳定性及使用

聚四氟乙烯涂层在高载荷条件下的摩擦学性能研究_侯根良

2007年6月第32卷第6期润滑与密封L U B R I C A T I O NE N G I N E E R I N GJ u n e 2007V o l .32N o .6收稿日期:2007-01-05作者简介:侯根良(1970—),男,副教授,博士后,主要从事新材料开发与材料表面改性的研究.E -m a i l :h o u g e n l i a n g @163.c o m .聚四氟乙烯涂层在高载荷条件下的摩擦学性能研究侯根良1,2　乔小平1　苏勋家1　王延斌1　梅振兴1　徐可为2(1.第二炮兵工程学院　陕西西安710025;2.西安交通大学金属材料强度国家实验室　陕西西安710049)摘要:制备了以45#钢为基体的聚四氟乙烯(P T F E )涂层,利用自制的高载荷条件下摩擦因数测试装置研究了P T F E 涂层的摩擦学性能,结果表明:P T F E 涂层在4～90M P a 范围内具有优良的减摩性能,最低摩擦因数为0.032。

正压力与摩擦因数服从负指数衰减模型(F i t E x p o n e n t i a l D e c a y ),随着载荷的增加,静摩擦因数和滑动摩擦因数先迅速降低,然后趋于定值。

关键词:聚四氟乙烯;涂层;高载荷;摩擦因数;拟合中图分类号:T H 117.1　文献标识码:A 文章编号:0254-0150(2007)6-084-3S t u d y o n F r i c t i o n B e h a v i o r f o r P T F EC o a t i n g s u n d e rO v e r l o a d C o n d i t i o n sH o uG e n l i a n g 1,2　Q i a o X i a o p i n g 1　S uX u n j i a 1　Wa n gY a n b i n 1　M e i Z h e n x i n g 1　X uK e w e i2(1.T h e S e c o n d A r t i l l e r y E n g i n e e r i n g C o l l e g e ,X i 'a nS h a a n x i 710025,C h i n a ;2.S t a t e K e y L a b o r a t o r y f o r M e c h a n i c a l B e h a v i o r o f M a t e r i a l s ,X i 'a n J i a o t o n g U n i v e r s i t y ,X i 'a nS h a a n x i 710049,C h i n a )A b s t r a c t :P T F Ec o a t i n g s w e r e s p r a y e d o n 45c a r b o n s t e e l .I n o r d e r t o i n v e s t i g a t e t h e f r i c t i o n b e h a v i o r o f t h e P T F Ec o a t -i n g i no v e r l o a d i n g c o n d i t i o n s ,t h es e l f -d e s i g n e df r i c t i o nt e s t e r w a s e m p l o y e dt ot e s t t h e s t a t i c a n ds l i p p a g e f r i c t i o n c o e f f i -c i e n t .T h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o wt h a t w i t h t h e c o n t a c t p r e s s u r e r a n g e f r o m 4t o 90M P a ,t h e P T F Ec o a t i n g s h a v e e x c e l -l e n t f r i c t i o n -r e d u c t i o n c a p a c i t y ,t h e l o w e s t f r i c t i o n c o e f f i c i e n t i s 0.032.T h e e x p e r i m e n t a l d a t a w e r e f i t t e d ,t h e f i t t i n g r e s u l t s s h o wt h a t t h e p r e s s u r ea n dt h e f r i c t i o nc o e f f i c i e n t a r ec o n s i s t e n t w i t ht h ee x p o n e n t i a l d e c a y ,a st h ec o n t a c t p r e s s u r ei n -c r e a s e ,t h e s t a t i c f r i c t i o n c o e f f i c i e n t a n d s l i p p a g e f r i c t i o n c o e f f i c i e n t d e c r e a s e q u i c k l y a t f i r s t ,t h e nt h e y b e c o m e s t a b l e .K e y w o r d s :P T F E ;c o a t i n g s ;o v e r l o a d ;f r i c t i o nc o e f f i c i e n t ;f i t　聚四氟乙烯(P T F E )具有化学惰性、热稳定性和摩擦因数低等优异的性能[1-3],是最常用的自润滑材料。

聚苯酯填充聚四氟乙烯机械性能和摩擦学性能研究

聚苯酯填充聚四氟乙烯机械性能和摩擦学性能研究张宏飞;高永操;王廷梅;张新瑞【摘要】采用冷压-热烧结法制备聚苯酯(POB)改性聚四氟乙烯(PTFE)复合材料,考察聚苯酯含量以及在110℃的航空液压油中浸泡后对改性PTFE材料机械性能和摩擦磨损性能的影响.试验结果显示:改性PTFE材料的硬度与聚苯酯含量成正比,而拉伸强度和拉断裂伸长率与聚苯酯含量成反比;改性PTFE材料的摩擦因数随聚苯酯含量增加先增大后减小,体积磨损率则呈减小趋势;改性PTFE材料的摩擦因数随着载荷增大而减小,而磨痕宽度随载荷的增大而增大;质量分数20％聚苯酯改性PTFE 的综合性能最优,并且具有很好的稳定性,在航空液压油浸泡后其性能变化不明显.%The PTFE composites reinforced with different content of polybenzoate (POB)filler were prepared by molding-sintering technique.The effects of POB content and 110 ℃ aircraft hydraulic immersion and sliding conditions on the mechanical and tribological behaviors were studied.The results show that with the increasing of the content of POB,the hardness of POB filled PTFE composites is increased,the tensile strength and elongation are decreased,the friction coefficient is first increased and then decreased,the wear rate is decreased.With the increasing in applied load,the friction coefficient of POB filled PTFE composites is deceased and the wear rate is increased.20％ (mass fraction) POB filled PTFE composites exhibit excellent comprehensive performance and stability in aircraft hydraulic oil.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2017(042)001【总页数】5页(P97-101)【关键词】聚四氟乙烯;机械性能;摩擦磨损;稳定性【作者】张宏飞;高永操;王廷梅;张新瑞【作者单位】陆航驻洛阳地区军事代表室河南洛阳471009;豫北机械厂河南新乡453003;中国科学院兰州化学物理研究所甘肃兰州730000;中国科学院兰州化学物理研究所甘肃兰州730000【正文语种】中文【中图分类】TH117.1聚四氟乙烯(PTFE)性能优良，有“塑料王”的美誉，是目前应用于动密封的关键材料，但其在使役过程中，易冷流，抗蠕变和回弹性能差，导致聚四氟乙烯密封材料的密封可靠性和寿命难以满足实际应用的需求[1-3]。

聚四氟乙烯复合薄膜的摩擦磨损性能

ＡｂｓｒｃＡｏｔａｔ：ｃｍｐｏｉｅｌｒｃｎｉｍｔｓｔｕｂｉａｔｆｌｗｉｈＰＴＦＥｗａｒｐｒｄ，ａｔｉｔｏｌａｄｗｅｒｐｒｐｅｔｅｓｐｅａｅｎｄｉｓｆｃｉｎａｎａｏｒｉｓｒｗｅｅｉｖｔｇｔｄｕｎｒｄｙｆｉｔｏ．Ｔｈｒｃｉｎｌｃｅｃｅｔｒｎｅｓｉａｅｄｅｒｒｃｉｎｅｆｉｔｏａｏｆｉｎ，ｗｅｒｒｔｎｈｒｏｏｙｏｈｅｉａａｅａｄｔｅｍｏｐｈｌｇｆｔｓｒａｅｗｅｅｃｍｐａｅｔｒｕｆｃｒｏｒｄｗｉｈｐｕｅＰＴＦＥｉｍ．ＴｈｅｒｓｔｈｗｈｔｔｒｃｉｎｌｃｅｉｅｆｔｆｌｅｕｌｓｓｏｔａｈｅｆｉｔｏａｏｆｃｉｎｔｏｈｅｃｍｐｓｔｉｍＳｒｔｒｌＷｎｓｅｄ．ＦｕｔｒｒｏｏｉｅｆｌｉａｈｅＯａｄｔａｙｒｈｅｍｏｅ．ｔａａｅｉｍｕｃｏｒｔａｔｕｒｈｅｗｅｒｒｔｓｈｌｗｅｈｎｈｅｐｅＰＴＦＥｉｍ．ＩａｅｃｎｃｕｄｔａｔａｙｔａｆｒｆｌｉｓｉｙｆｒｄｄｕｉｇｔｒｃｉｎｌａｆｌｔｃｎｂｏｌｄｅｈｔｓｅｄｒｎｓｅｉｍＳｐｏｓｂｌｏｍｅｒｎｈｅｆｉｔｏａｎｄ
ＴＡＮＧｉｘｉＨａ — ａ，ＺＨＡＯｎ — ＹｏｇＷＵ
（ｃｏｌｆｃａｉｌｎｉｅｒｇＪｎｎｎＵｉｅｓｙＷｕｉ１１２ＣｉａＳｈｏｈｎｃｇｎｅｉ，ｉｇａｎｖｒｔ，ｘ２４２，ｈｎ）ｏＭｅａＥｎａｉ

聚四氟乙烯复合材料力学性能研究与有限元分析

聚四氟乙烯复合材料力学性能研究与有限元分析发布时间：2021-01-21T06:14:00.885Z 来源：《中国科技人才》2021年第2期作者：肖志远[导读] 随着科技的发展，聚四氟乙烯在工程中的应用日益广泛，并已成为尖端科学及现代工业中最重要的材料之一，具有广阔的发展前景。

基于此，本文对聚四氟乙烯复合材料的力学性能及有限元分析进行了论述。

肖志远中航复合材料有限责任公司北京 101300摘要：随着科技的发展，聚四氟乙烯在工程中的应用日益广泛，并已成为尖端科学及现代工业中最重要的材料之一，具有广阔的发展前景。

基于此，本文对聚四氟乙烯复合材料的力学性能及有限元分析进行了论述。

关键词：聚四氟乙烯；力学性能；有限元分析聚四氟乙烯(PTFE)自20世纪50年代投入工业生产以来，以其优异的性能广泛应用于机械、石化、航空航天等领域。

聚四氟乙烯性能稳定，具有较高的耐腐蚀、耐老化、自润滑、无粘性，是工业领域重要的密封材料和耐腐蚀材料。

聚四氟乙烯作为工业设备的一个重要部件，其力学性能对设备的整体运行稳定性有着重要的影响。

因此，研究PTFE的力学性能具有重要意义。

一、PTFE的性质和应用聚四氟乙烯(Poly tetra fluoroethylene，简写为PTFE)，俗称“塑料王”，由四氟乙烯单体组成的高结晶聚合物，是一种白色且有蜡状感的热塑性塑料。

其分子式为C2F2，为完全对称无支链的线型高分子,聚乙烯中的氢原子被氟原子取代，由于氟原子半径明显大于氢原子半径，从而使碳-碳链从聚乙烯的平面完全伸展的曲折构象逐渐扭转成螺旋构象。

该螺旋构象正好包围在聚四氟乙烯易受化学侵袭的碳链骨架外，形成一个紧密的“氟化”保护层，PTFE的主链不受任何外界试剂的侵袭，使PTFE具有其他材料无法比拟的耐溶剂性、化学稳定性和低内聚能密度，而且碳-氟键键能远高于碳-氢键及碳-碳键，从而使PTFE具有更好的热稳定性及化学惰性。

另外，氟原子的电负性强，再加上四氟乙烯单体的完美对称性使PTFE的吸引力及表面能较低，从而使PTFE具有优良的摩擦学性能和良好的低温延展性，同时，PTFE的抗蠕变性能较差，易出现冷流现象，而且耐磨性差。

纤维／Ekonol／PTFE复合材料的力学与摩擦学性能研究

显著提高复合材料的耐磨性［。其中六钛酸钾晶须６］（ＴＷ）是一种高性能的新型无机纤维材料增强体，Ｐ它具有良好的耐磨性、异的化学稳定性和力学性能，优其拉伸强度甚至高于碳纤维（Ｆ，ｃ）细微的尺寸使其尤其适合显微增强［］７。本文对比研究了不同尺度的纤维填料 —— ｃＰＦ、Ｔｗ分别与Ｅｏｏ混合填充ＰＦｋｎｌＴＥ复合材料的摩擦学性能与力学性能，以期进一步改善Ｅｏｏ／ＴＥ复合材料的综合性能，析了二者的协ｋｎｌＰＦ分
体滚动效应，免了纤维受到较为严重的磨损，而提避从
２实验
２１主要原料及复合材料的制备．ＰＦ密度为２１ｇｃ，均粒径为２／美ＴＥ，．５／ｍ。平５ｍ，￣
高复合材料的摩擦磨损性能。
烯（ＴＥ复合材料的力学与摩擦学性能的影响，ＰＦ）并探
讨了内部机理。结果表明：ＴＷ相比于传统纤维Ｃ，ＰＦ尺寸细微，有微区增强特性，Ｔ的填充提高了具ＰＷＥｏｏ／ＴＥ复合材料的致密程度，助形成更为均ｋｎｌＰＦ协
中图分类号：Ｔ７；ＴＨ１１１Ｑ１４７．
文献标识码：Ａ
文章编号：０１９３（０７１－０４０１０ —７１２０）２２４－４

PTFE编织复合材料摩擦特性研究

PTFE编织复合材料摩擦特性研究刘建;张永振;杜三明;刘敬超【摘要】The dry friction tests of PTFE braided composites were carried out on high-speed tribo-test-er with speed, load as variables. The influence of different speed, load on the friction coefficient were analyzed. The results show that friction coefficient is stable reducing trend and finally stabilized with increasing load. Friction coefficient with the speed of change trend is: between 10-20kN, with increasing of the frequency, friction coefficient gets a minimum value and then rises to a steady value. The influence of the load on the friction coefficient is greater than that of frequency on the friction coefficient. Through the analysis of the microstructure of the liner using scanning electron microscope, the influences mechanism of speed, load on the friction coefficient was explained.%在高速摩擦磨损试验机上以摆动频率、载荷为变量对PTFE编织复合材料进行于摩擦性能测量实验,分析摆动频率、载荷对摩擦因数的影响规律.结果表明:材料的摩擦因数随载荷增大呈稳定降低趋势,最后趋于平稳.在20～40kN载荷范围内,摩擦因数随摆动频率的增大经过一个最小值后上升到稳定值.载荷对摩擦因数的影响大于频率的影响.通过扫描电子显微镜对不同载荷频率下产生的PTFE编织复合材料转移膜的分析,从微观上解释了摆动频率、载荷影响PTFE编织复合材料摩擦因数的作用机理.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2012(000)008【总页数】4页(P69-72)【关键词】PTFE;载荷;频率;摩擦因数【作者】刘建;张永振;杜三明;刘敬超【作者单位】西北工业大学机电工程学院,西安710072;西北工业大学机电工程学院,西安710072;河南科技大学材料摩擦学重点实验室,河南洛阳471003;河南科技大学材料摩擦学重点实验室,河南洛阳471003;河南科技大学材料摩擦学重点实验室,河南洛阳471003【正文语种】中文【中图分类】TH117PTFE（Polytetrafluoroethene）聚四氟乙烯编织复合材料由芳纶纤维、炭纤维等增强纤维以及石墨、MoS2，CuS等减摩抗磨固体颗粒组成的织物材料。

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PTFE三层复合轴承材料摩擦温升与摩损机理的关联性研究肖帮;王智勇;丁亚;解挺【摘要】文章研究了聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)三层复合轴承材料在摩擦过程中产生的摩擦温度与其磨损机理的关联性.根据摩擦温度的变化特性可将摩擦过程分为磨合、摩擦平稳、PTFE软化黏着、稳定摩擦以及剧烈磨损5个阶段.研究结果表明:摩擦温升曲线的变化对应着摩擦系数的变化,与磨损机理有着密切的关联性;低温阶段对应磨合阶段;第1个温度转折点之后摩擦进入摩擦平稳阶段;第2个温度转折点之后摩擦进入PTFE软化黏着阶段;第3个温度转折点之后再次进入稳定摩擦阶段;第4个温度转折点之后,摩擦系数增大,进入剧烈磨损阶段.%In this paper ,the relation between frictional temperature and wear mechanism of polytet -rafluoroethylene(PTFE) three-layered composite bearing materials was investigated .According to the variation of frictional temperature ,the friction process could be divided into followingstages :run-ning-in stage ,stable friction stage ,PTFE softening and adhesion stage ,stable friction stage and se-vere wear stage .The results showed that the change of the frictional temperature curve was in keep-ing with the variation of friction coefficients ,and it was closely related to wear mechanisms .The low temperature stage corresponded to the running-in stage .After the first transition point at the friction-al temperature curve ,the friction process came into stable frictionstage .After the second transition point ,the friction turned into PTFE softening and adhesion .After the third transition point ,the fric-tion re-entered the stable friction stage .After the fourth transition point ,thefriction coefficient in-creased and the friction entered into the severe wear stage .【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(041)001【总页数】5页(P18-22)【关键词】聚四氟乙烯(PTFE)三层复合轴承材料;摩擦温度;磨损机理【作者】肖帮;王智勇;丁亚;解挺【作者单位】合肥工业大学机械工程学院 ,安徽合肥 230009;合肥工业大学机械工程学院 ,安徽合肥 230009;合肥工业大学机械工程学院 ,安徽合肥 230009;合肥工业大学机械工程学院 ,安徽合肥 230009【正文语种】中文【中图分类】TH117.1聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)三层复合轴承材料具有工作稳定、低噪音、耐磨性能好等优点,适用于维护保养以及加注润滑油较为困难的运转部位。

然而聚合物复合轴承材料受温度的影响大,会影响其摩擦磨损性能和使用寿命,因此研究温度对聚合物摩擦学特性的影响[1-5]受到广泛的关注。

文献[6]对低温下PTFE基复合材料的摩擦磨损性能的研究表明,温度大于77 K时,PTFE基复合材料的摩擦系数随着温度的降低而逐渐减小,但当温度低于77 K时则不遵循这一规律。

文献[7]研究了PTFE编织复合材料摩擦温度与磨损特性,结果表明,在温度处于65～200 ℃范围内,PTFE编织复合材料具有良好的润滑性、耐磨性;温度低于65 ℃时,复合材料的摩擦系数和磨损量较大;当温度高于200 ℃时,PTFE编织复合材料的摩擦系数和磨损量随着温度的升高急剧增大,导致材料短时间内失效。

摩擦过程中摩擦温度的变化可以反映聚合物复合材料摩损机理的变化,由此可以间接监控聚合物复合材料的磨损状态,目前这方面还缺乏系统的研究。

为此,本文以PTFE三层复合轴承材料为研究对象,通过检测摩擦过程中产生的摩擦温度变化,发现磨损机理的变化以及对摩擦磨损性能的影响,旨在为选用和设计具有优异摩擦磨损性能的PTFE三层复合轴承材料提供一定的参考。

1 试验试样以冷轧钢板作为三层复合轴承材料的基体,然后将铜粉铺在钢板表面进行烧结,并将其作为复合轴承材料的中间层,最后在烧结铜粉表面压制一层PTFE复合材料制成三层复合轴承材料,试样尺寸为38 mm×38 mm×2 mm。

其对偶件选取45钢制环件(HRC48),其内径与外径分别为22 mm和30 mm。

试验选用合肥工业大学摩擦学研究所自行研制的HDM-20端面摩擦磨损试验机,试验条件为室温、面接触、干摩擦,摩擦示意图如图1所示。

试验前用砂纸将试样打磨干净,再用丙酮将试样和45钢表面擦洗干净,风干待用。

试验中摩擦系数是通过实时测量出的摩擦力矩和载荷用计算机软件自行计算得出;摩擦温度则由试样下部放置的温度传感器(温度传感器置于试样下表面的中部)自动检测得出,本研究团队之前的试验和模拟研究表明[8],温度传感器测得的温度虽然不是摩擦表面温度,但是与摩擦表面温度高度正相关,因此本文以测得的温度变化趋势代表摩擦面温度变化趋势;试样的磨损量是通过在磨痕内周向均分的4点测试磨痕深度取平均值来表征;试样微观表面形貌利用光学数字显微镜观察分析。

在相同的试验条件下每组试验进行3次,取每次试验的算术平均值作为试验的最终结果。

图1 摩擦副示意图2 结果与分析2.1 摩擦磨损试验结果试验条件如下:滑动速度为0.8 m/s;试验时间为110 min;试验载荷采用逐级加载的方式,初始载荷为600 N,待试验机运转平稳后按每5 min增大400 N载荷的方式进行加载，直到试验结束。

摩擦系数和摩擦温度在加载过程中随摩擦时间的变化如图2所示。

图2 摩擦系数和摩擦温度在加载过程中随时间的变化曲线由图2可知,PTFE三层复合轴承材料的摩擦温度随载荷的增大而逐渐增大,摩擦系数则随着载荷的增大逐渐减小;但摩擦系数变化曲线在不同温度下存在拐点,这些拐点也对应摩擦温度曲线上相应的拐点,可见摩擦温度的变化体现了摩擦过程中磨损机理的变化。

根据摩擦系数和摩擦温度变化曲线上的拐点可将摩擦过程分为磨合、摩擦平稳、PTFE软化黏着、稳定摩擦和剧烈磨损5个阶段,分别用竖虚线a、b、c、d隔开。

2.2 各阶段磨损机理分析(1) 磨合阶段(虚线a之前)。

由图2可知,此阶段复合轴承材料摩擦系数初始突变至很高。

这是由于在磨合阶段摩擦表面存在微凸体的变形和断裂,使得初始摩擦系数较高,且波动较大,随着载荷的增大摩擦系数逐渐降低进入平稳阶段,这是典型的磨合特征。

试样在磨合阶段时的宏观和微观形貌如图3所示。

由图3a宏观形貌图可以看出,试样表面磨痕较浅且摩屑较少;由图3b微观形貌图可以看出,试样表面依旧存在微凸体。

这说明此时正处于微凸体被磨平和发生形变的过程,因而造成磨合阶段较高的摩擦系数。

图3 磨合阶段试样宏观和微观表面形貌(2) 摩擦平稳阶段(虚线a、b之间段)。

由图2可知,此阶段摩擦表面间的摩擦系数逐渐降低,且波动较小、较为稳定。

这是由于在摩擦平稳阶段摩擦表面间微凸体被磨平,进入平稳磨损阶段,此时的磨损形式主要是疲劳磨损,磨损量较小。

摩擦平稳阶段试样的宏观和微观表面形貌如图4所示。

图4 摩擦平稳阶段试样宏观和微观表面形貌由图4a宏观形貌图可以看出,试样表面磨痕较为明显,磨痕表面较为光滑、边缘平整,说明摩擦温度还未使PTFE发生软化;由图4b微观形貌图可以看出,PTFE表面较为平整,且没有出现磨损破坏的痕迹,说明在此阶段摩擦较为平稳。

(3) PTFE软化黏着阶段(虚线b、c之间段)。

由图2可知,此阶段摩擦系数随着温度的增加而突然略有增大,且出现明显波动。

此时的摩擦温度已超过170 ℃,应处于PTFE的玻璃化温度区域,因此随着摩擦温度的升高,表层PTFE发生软化,使其与对偶件发生黏着磨损,从而使得摩擦系数升高和波动。

PTFE软化黏着阶段试样宏观和微观表面形貌如图5所示。

由图5a宏观形貌图可以看出,试样表面磨痕加深,磨痕边缘有软化现象且磨屑较多;由图5b微观形貌图可以看出,摩擦面上出现明显的黏着磨损痕迹,表面凹凸不平。

图5 PTFE软化黏着阶段试样宏观和微观表面形貌(4) 稳定摩擦阶段(虚线c、d之间段)。

由图2可知,此阶段随着摩擦温度的持续增加,摩擦系数再度出现微小的下降趋势,且其数值处于最小状态。

这是由于随着温度的增大,表层PTFE磨损深度加大接近至铜粉层,此时对偶件表面形成范围较大的PTFE转移膜[9-11],使得摩擦表面间摩擦系数较低,此外,铜粉层的露出使得试样在摩擦过程中的承载能力增强,这进一步促进了摩擦过程的稳定。

稳定摩擦阶段试样宏观和微观形貌如图6所示。

由图6a宏观形貌图可以看出,试样表面磨痕较深,磨损量较大,且在磨痕表面隐约可见铜粉层;由图6b微观形貌图可以看出,摩擦表面较为完整,铜粉层已参与摩擦,没有明显的塑形变形的痕迹,说明在此阶段摩擦较为稳定。

(5) 剧烈磨损阶段(虚线d之后)。

由图2可知,在虚线d处,复合轴承材料的摩擦系数发生突变,并迅速上升。

这是由于PTFE三层复合轴承材料此时表面温度超过270 ℃,已达到PTFE分解破坏的温度,使得上试样表面的转移膜遭到破坏,从而使上试样与铜粉层直接接触,发生金属间的滑动摩擦。

图6 稳定摩擦阶段试样宏观和微观表面形貌图剧烈磨损阶段试样摩擦表面的宏观和微观形貌如图7所示。

由图7a宏观形貌图可以看出,试样表面磨痕内清晰可见裸露的铜粉层,试样磨损量较大,说明在此阶段对偶试样已开始与铜粉层进行直接摩擦;由图7b微观形貌图可以看出,磨痕表面出现较深犁沟状的磨痕,且残余的PTFE层发生剥落现象,这说明PTFE层发生剧烈的磨损。