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粘結(jié)PTFE基固體潤(rùn)滑涂層在油潤(rùn)滑下的摩擦學(xué)性能

文檔作者：楊瑞杰冶銀平萬(wàn)宏啟周惠娣陳建敏文檔來(lái)源： 1．蘭州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 2．中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年11月06日
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，
| 臻 囂
粘結(jié)PTFE基固體潤(rùn)滑涂層在
油潤(rùn)滑下的摩擦學(xué)性能
楊瑞杰 ，冶銀平 。萬(wàn)宏啟 ，周惠娣 ，陳建敏。
(1．蘭州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，甘肅蘭州730000；
2．中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所固體潤(rùn)滑國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州730000)
[摘 要] 為了使粘結(jié)固體潤(rùn)滑涂層廣泛應(yīng)用于高新技術(shù)領(lǐng)域，探討了不同滑移速度和載荷下聚酰亞胺粘結(jié)聚四
氟乙烯(PTFE)基固體潤(rùn)滑涂層干摩擦和油潤(rùn)滑時(shí)的摩擦磨損性能，并對(duì)涂層與油復(fù)合潤(rùn)滑的機(jī)理進(jìn)行了初步探
討。結(jié)果表明：隨載荷、滑移速度變化，該粘結(jié)固體潤(rùn)滑涂層千摩擦和油潤(rùn)滑下的摩擦系數(shù)均變化不大；油潤(rùn)滑下
涂層的摩擦系數(shù)明顯低于干摩擦下的；在低載(320 N)、低速(1．55 m／s)下潤(rùn)滑油使涂層表現(xiàn)出很好的摩擦磨損性
能，但在高載(620 N)、高速(2．58 m／s)下潤(rùn)滑油反而會(huì)使涂層的摩擦磨損性能降低。
[關(guān)鍵詞] 粘結(jié)固體潤(rùn)滑涂層； FE；摩擦磨損；油潤(rùn)滑；干摩擦
[中圖分類號(hào)]TH117．1 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B [文章編號(hào)]1001—1560(2011)08—0066—03
0 前言 了初步探討。
粘結(jié)固體潤(rùn)滑涂層是將固體潤(rùn)滑劑分散于有機(jī)或
無(wú)機(jī)粘結(jié)劑中，再用類似于油漆涂裝的工藝在摩擦件
表面制備而得的涂層。這種涂層性能優(yōu)異，在民用機(jī)
械、空間技術(shù)等方面得到了廣泛應(yīng)用。目前，粘結(jié)固體
潤(rùn)滑涂層在干摩擦下的摩擦學(xué)性能已有大量研
究¨ J。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，粘結(jié)固體潤(rùn)滑涂層在
干摩擦下已難以滿足極端苛刻的工況條件(高溫、高載
荷、高速)，而且在一些應(yīng)用領(lǐng)域其不可避免地會(huì)與各
種機(jī)油發(fā)生接觸，因此粘結(jié)固體潤(rùn)滑涂層與介質(zhì)復(fù)合潤(rùn)
滑的研究日益受到關(guān)注 。粘結(jié)聚四氟乙烯(哪E)
基固體潤(rùn)滑涂層具有優(yōu)異的耐腐蝕性、耐候性以及穩(wěn)
定的化學(xué)惰性和低摩擦系數(shù)¨ ，但其在油潤(rùn)滑下的
摩擦學(xué)性能還未見(jiàn)報(bào)道，這極大地限制了這類涂層材
料在高新技術(shù)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
為此，本工作研究了聚酰亞胺粘結(jié)聚四氟乙烯
(PTFE)基固體潤(rùn)滑涂層在油潤(rùn)滑下的摩擦磨損性能，
考察了不同滑移速度和載荷下涂層干摩擦和油潤(rùn)滑時(shí)
的摩擦磨損性能，并對(duì)涂層與油復(fù)合潤(rùn)滑的機(jī)理進(jìn)行
[收稿13期]
[基金項(xiàng)目]
[通信作者]
201l—O3—22
國(guó)家973計(jì)劃(2007CB607601)；國(guó)家創(chuàng)新研
究群體科學(xué)基金(50421502)資助項(xiàng)目
陳建敏(1959一)，博導(dǎo)，主要從事表面工程技
術(shù)研究，E-mail：chenjm@lzb．a(chǎn)c．cn
1 試驗(yàn)
1．1 粘結(jié)固體潤(rùn)滑涂層的制備
基材為GCrl5鋼，尺寸西49．0 inln X 12．7 InlTl，噴砂
處理至表面粗糙度為0．4—0．8 m，再用丙酮超聲清洗。
將固體組分聚四氟乙烯(PI'FE，粒徑≤5 txan)、三氧
化二銻(Sb：O，，粒徑≤10 )和三氟化鈰(CeF3，粒徑≤
10 tun)進(jìn)行球磨分散，然后與溶解好的聚酰亞胺樹(shù)脂
(PI)充分混合，得到唧基固體潤(rùn)滑涂料，其化學(xué)成分
(質(zhì)量分?jǐn)?shù))如下：7．O％ PI'FE，1．0％ Sb O ，0．7％CeF，，
10．O％ PI，余量為溶劑(由N一甲基吡略烷酮、二甲苯、
N，N一二甲基乙酰胺按體積比1：1：1配制而成)。
用荷花No．2型噴槍在空氣壓力1．5—2．0 MPa下
將涂料噴涂到試件表面，150℃ 固化0．5 h后再于170
℃固化1．0 h，隨烘箱冷卻，所得涂層表面粗糙度為
1．5～2．0 m，厚度(25±5)Ixm。
1．2 摩擦磨損性能測(cè)試
涂層的摩擦磨損試驗(yàn)在MHK．500型摩擦磨損試
驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行：上試樣為涂層試樣，下試樣為45鋼塊
(尺寸l2．7 mm×12．7 mm X 19．0 mm，表面粗糙度約
0．035 m)，兩者為線接觸，l5—25℃，大氣環(huán)境(空氣
相對(duì)濕度40％ ～50％)，速度1．55—3．09 m／s，載荷
320～620 N。涂層油潤(rùn)滑試驗(yàn)：將潤(rùn)滑油點(diǎn)滴至摩擦
材 料 偶 i 托
臻{o {聰秘 ◇孫 }
接觸處(1O～20~／min)，其他條件與干摩擦?xí)r一樣。
以單位涂層對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)行程表示涂層的耐磨性。采用
SM一5600LV／Kevex EDXA掃描電子顯微鏡(SEM)觀察
涂層磨損后的形貌。采用STM6型奧林巴斯光學(xué)顯微
鏡觀察金屬對(duì)偶?jí)K的形貌。
2 結(jié)果與討論
2．1 涂層的摩擦系數(shù)
圖1為涂層在干摩擦和油潤(rùn)滑下于不同載荷、滑
移速度時(shí)的摩擦系數(shù)。從圖1可以看出：載荷、滑移速
度變化時(shí)涂層的摩擦系數(shù)變化不大，尤其是在油潤(rùn)滑
l司載荷、滑移速度時(shí)的摩擦系數(shù)
2．2 涂層的耐磨壽命
圖2為涂層在干摩擦和油潤(rùn)滑下于不同載荷、滑
移速度時(shí)的耐磨壽命。從圖2a可以看出：涂層耐磨壽
命隨載荷的增大而降低；當(dāng)載荷為320 N時(shí)，涂層油潤(rùn)
滑下的耐磨壽命約是干摩擦的3倍；載荷大于320 N時(shí)，
涂層油潤(rùn)滑下的耐磨壽命反而低于干摩擦下的。從圖
2b可以看出：涂層的耐磨壽命隨滑移速度增大而降低；
當(dāng)滑移速度為1．55 m／s時(shí)，涂層油潤(rùn)滑下的耐磨壽命約
是干摩擦下的1．5倍；當(dāng)滑移速度大于1．55 m／s時(shí)，涂層
油潤(rùn)滑下的耐磨壽命反而低于干摩擦下的。
f
E
i
●
E
窿
F／N vl(m‘s。)
(a)不同載倚(滑移速度2 58 m／s) (b)不同滑移速度(載簡(jiǎn)620 N)
圖2 涂層在干摩擦和油潤(rùn)滑下
不同載荷、滑移速度時(shí)的耐磨壽命
2．3 涂層的摩擦磨損機(jī)理
圖3為涂層在干摩擦和油潤(rùn)滑下于不同載荷、滑
移速度時(shí)的磨痕表面SEM形貌。載荷320 N、滑移速
度2．58 m／s時(shí)干摩擦和油潤(rùn)滑下涂層磨損表面形貌差
別不大，均較光滑平整(見(jiàn)圖3a，3b)。載荷620 N、滑
移速度1．55 m／s時(shí)干摩擦和油潤(rùn)滑下涂層磨損表面形
貌的差別也不明顯(見(jiàn)圖3c，3d)。載荷620 N、滑移速
度2．58 m／s時(shí)干摩擦和油潤(rùn)滑下涂層磨損表面形貌明
顯不同，前者有磨屑堆積，后者存在大量微裂紋和裂縫
(見(jiàn)圖3e，3f)，高載、高速下潤(rùn)滑油反而降低了涂層的
抗磨性能。
(e1干摩擦，620 N，2．58 m／s (n油潤(rùn)滑，620 N，2．58 m／s
圖3 涂層磨痕表面的SEM形貌
低載、低速下油膜的存在使涂層與對(duì)偶?jí)K接觸區(qū)
域大幅度降低，同時(shí)潤(rùn)滑油摩擦?xí)ё咭徊糠譄崃浚?
低了摩擦熱對(duì)涂層的影響 J，從而提高耐磨壽命。在
高載、高速下，潤(rùn)滑油被擠出或甩出摩擦界面；另外，大
量的摩擦熱降低了潤(rùn)滑油的稠度，使摩擦界面近似處
于干摩擦狀態(tài)，接著潤(rùn)滑油侵入由干摩擦所產(chǎn)生的微
裂紋，微裂紋逐漸擴(kuò)展，最終涂層大片剝落，造成磨損
加劇。
圖4為涂層干摩擦和油潤(rùn)滑時(shí)(載荷320 N、滑移速
度2．58 m／s)金屬對(duì)偶?jí)K表面的光學(xué)顯微形貌。從圖4
可以看出：在干摩擦和油潤(rùn)滑下對(duì)偶?jí)K表面均有轉(zhuǎn)移膜
產(chǎn)生。在干摩擦下，轉(zhuǎn)移膜的形成可以起到很好的減摩
一一一一 呲 ㈣ 一
l l
越 掰 強(qiáng) 移
抗磨作用；而在低載、低速油潤(rùn)滑下，油和轉(zhuǎn)移膜的復(fù)合
作用使涂層能達(dá)到更好的減摩抗磨效果。
[5]
[6]
a)十摩擦 (h)油潤(rùn)滑 [7]
罔4 干摩擦和油潤(rùn)滑時(shí)金屬對(duì)偶?jí)K表面轉(zhuǎn)移膜的顯微形貌
3 結(jié)論 [8]
(1)載荷、滑移速度變化時(shí)，涂層的摩擦系數(shù)的變
化不大；涂層油潤(rùn)滑下的摩擦系數(shù)明顯低于干摩擦下
的摩擦系數(shù)。 ，
(2)與干摩擦相比，在高載、高速下潤(rùn)滑油會(huì)加速
對(duì)涂層的破壞，而在低載、低速下潤(rùn)滑油和轉(zhuǎn)移膜的復(fù)
合作用使涂層達(dá)到更好的減摩抗磨效果。
[ 參考文獻(xiàn)]
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