甘泉源 李測測

摘 要：聚四氟乙烯具有很低的摩擦系數(shù)，是優(yōu)異的固體潤滑材料。通過添加不同體積比的銅粉，經(jīng)過粉末冶金工藝制得改性聚四氟乙烯墊片，在不同擺角、固定擺動頻率、常溫干摩擦條件下對試件進(jìn)行擺動磨損試驗。研究填充銅粉聚四氟乙烯試件的磨損量以及磨損量與壓強(qiáng)的關(guān)系。結(jié)果表明，其添加銅粉體積比為20%時表現(xiàn)出良好的耐磨損性能，5MPa時為擺動磨損試驗的最低磨損量，最高承載達(dá)到7.5MPa，在此載荷條件下形成很好的表面轉(zhuǎn)移膜，對試件的磨損量很小。

關(guān)鍵詞：聚四氟乙烯 擺動磨損 壓強(qiáng) 磨損量

中圖分類號：TB33 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）05（a）-0088-02

聚四氟乙烯是一種良好的固體潤滑材料，低摩擦系數(shù)和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，缺點是聚四氟乙烯的耐磨性較差、硬度低、磨損率高、導(dǎo)熱性差等[1]，限制了聚四氟乙烯在機(jī)械領(lǐng)域中的應(yīng)用。在聚四氟乙烯中加入填料使其成為復(fù)合材料可以明顯降低磨損量[2-3]。通過不同方法和不同種類對聚四氟乙烯進(jìn)行改性處理，在聚四氟乙烯復(fù)合材料的摩擦磨損性能方面進(jìn)行了大量的研究[4-5]，其研究成果能為材料的結(jié)構(gòu)和性能優(yōu)化及應(yīng)用提供理論依據(jù)。

近年來，國內(nèi)外對聚四氟乙烯作為潤滑劑的添加劑、涂層、基體填充在摩擦磨損方面做了大量研究[6-7]。在航空發(fā)動機(jī)的潤滑油中添加聚四氟乙烯，提高了潤滑效果；聚四氟乙烯當(dāng)作涂層材料，降低摩擦因素，減少基體材料的磨損；航空、航天、核電、電子、軍工等高新技術(shù)的快速發(fā)展，固體潤滑在固體潤滑材料與技術(shù)中已成為不可缺少的組成部分[8]。

1 實驗內(nèi)容

1.1 實驗儀器

摩擦磨損試驗機(jī)：其功能為垂直和水平雙向加載擺動磨損，考核載荷區(qū)間均為0～3000kg，擺動角度為5°和15°，擺動頻率約為1.59Hz，對擺動次數(shù)有計數(shù)功能的磨損試驗機(jī)，主要考核一定厚度墊片常溫干摩擦條件下承載擺轉(zhuǎn)摩擦磨損性能和材料的疲勞特性。

1.2 實驗方法

試驗采用面接觸方式，試件內(nèi)徑17mm，外徑27mm；對偶件為45#鋼調(diào)質(zhì)處理軸套端面，接觸面內(nèi)徑17mm，外徑38mm。載荷為2.5～10MPa，擺動角度為15°，每擺動0.5萬次作為一個計數(shù)，每個試件試驗次數(shù)為10萬次。試件開始試驗之前需用砂子打磨試件摩擦面和對磨面，并用乙醇清洗打磨表面，進(jìn)入磨損試驗周期后避免對磨損表面造成污染和打磨，造成試驗誤差；每個磨損周期結(jié)束后，取下試件稱重，依此計算磨損量，在同一點測量兩個內(nèi)徑值、外徑值、4個高度值，考察變形量，注意觀察每個試件各周期磨損表面的磨損狀況，在試件磨損結(jié)束后對比觀察磨損表面的磨損情況。

2 實驗結(jié)果及分析

2.1 磨損量分析

圖1為不同壓強(qiáng)擺動磨損曲線圖，圖中CuV20表示銅粉的填充體積比為20%，P××表示磨損壓強(qiáng)值，磨損曲線表示磨損量隨擺動磨損次數(shù)的變化關(guān)系。

磨損壓強(qiáng)為2.5MPa時，磨損曲線變化類似于直線，磨損比較均勻，沒有出現(xiàn)平穩(wěn)磨損現(xiàn)象，由于處于小載荷磨損條件，磨損量相對較低。表面未形成完整的表面潤滑滑膜，表面有部分?jǐn)[動磨損痕跡，磨損表面完整。

磨損壓強(qiáng)為7.5MPa時，開始磨損時磨損量過大，處于磨合期和表面潤滑膜的生成期，到達(dá)一定磨損次數(shù)后進(jìn)入穩(wěn)定磨損階段。摩擦表面形成良好的潤滑膜，表面質(zhì)量很好，試件沒有出現(xiàn)任何可見磨損缺陷，形成的潤滑膜有效的降低材料的磨損量。

磨損壓強(qiáng)為10MPa時，曲線磨損量一直處于穩(wěn)定增長形式，磨損后期基本為直線增長，試件劇烈磨損。其磨損表面質(zhì)量很差，因載荷過高無法形成潤滑膜，試件形變量較大。

2.2 壓強(qiáng)對擺動磨損影響分析

圖2為CuV20試件壓強(qiáng)和磨損量關(guān)系曲線圖，試件在2.5MPa時的磨損量大于5MPa，在區(qū)間5～7.5MPa時磨損量都處于平穩(wěn)階段，到達(dá)8MPa后磨損量增大，10MPa是出現(xiàn)劇烈磨損。試件在一定的壓力作用下擺動磨損，摩擦過程中試件材料轉(zhuǎn)移到與之對磨的45#鋼材料表面，形成轉(zhuǎn)移膜。摩擦發(fā)生在轉(zhuǎn)移膜和潤滑膜之間，有效地減小試件的摩擦系數(shù)和磨損。磨損壓強(qiáng)為2.5MPa時，試件對材料與對磨面有部分區(qū)域處于無潤滑干磨損狀態(tài)，5MPa時試件表面形成一層完整的潤滑膜，對磨面也形成一層轉(zhuǎn)移膜，故5MPa時磨損量小于2.5MPa。5～7.5MPa這個壓強(qiáng)區(qū)間，磨損試件表面形成良好的潤滑膜，磨損量都很小。壓強(qiáng)在8MPa時表面沒有形成固體潤滑膜，磨損量變大，10MPa時試件表面出現(xiàn)大量磨痕，而且表面質(zhì)量變差，磨損劇烈。CuV20材料在7.5MPa時擺動磨損為實驗的最佳值，磨損表面形成良好的潤滑膜并且磨損率很低。通過CuV20材料7.5MPa和10MPa的磨損量和磨損表面質(zhì)量的對比，7.5MPa時形成完整潤滑膜的磨損與10MPa磨損面因載荷過大無法形成表面潤滑膜的磨損量對比，其結(jié)果相差不止一個數(shù)量級，由此可以證明，表面潤滑膜的形成對磨損量的影響非常大。

3 結(jié)語

CuV20/聚四氟乙烯復(fù)合材料試件在變載磨損實驗時會出現(xiàn)3個典型磨損現(xiàn)象：（1）壓力過小，未形成完整潤滑膜；（2）在一定壓力區(qū)間，形成良好的潤滑膜，表面質(zhì)量變得很好，膜的形成能夠降低試件的摩擦系數(shù)和磨損量；（3）不能形成潤滑膜，摩擦表面質(zhì)量很差，試件劇烈磨損。CuV20/聚四氟乙烯在7.5MPa形成良好的潤滑膜和10MPa因載荷過大無法形成磨損潤滑膜作磨損量對比，其結(jié)果相差一個級以上。

參考文獻(xiàn)

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