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粘結PTFE基固體潤滑涂層在油潤滑下的摩擦學性能

文檔作者：楊瑞杰冶銀平萬宏啟周惠娣陳建敏文檔來源： 1．蘭州大學化學化工學院 2．中國科學院蘭州化學物理研究所		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年11月06日
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| 臻 囂
粘結PTFE基固體潤滑涂層在
油潤滑下的摩擦學性能
楊瑞杰 ，冶銀平 。萬宏啟 ，周惠娣 ，陳建敏。
(1．蘭州大學化學化工學院，甘肅蘭州730000；
2．中國科學院蘭州化學物理研究所固體潤滑國家重點實驗室，甘肅蘭州730000)
[摘 要] 為了使粘結固體潤滑涂層廣泛應用于高新技術領域，探討了不同滑移速度和載荷下聚酰亞胺粘結聚四
氟乙烯(PTFE)基固體潤滑涂層干摩擦和油潤滑時的摩擦磨損性能，并對涂層與油復合潤滑的機理進行了初步探
討。結果表明：隨載荷、滑移速度變化，該粘結固體潤滑涂層千摩擦和油潤滑下的摩擦系數(shù)均變化不大；油潤滑下
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)下潤滑油反而會使涂層的摩擦磨損性能降低。
[關鍵詞] 粘結固體潤滑涂層； FE；摩擦磨損；油潤滑；干摩擦
[中圖分類號]TH117．1 [文獻標識碼]B [文章編號]1001—1560(2011)08—0066—03
0 前言 了初步探討。
粘結固體潤滑涂層是將固體潤滑劑分散于有機或
無機粘結劑中，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
械、空間技術等方面得到了廣泛應用。目前，粘結固體
潤滑涂層在干摩擦下的摩擦學性能已有大量研
究¨ J。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，粘結固體潤滑涂層在
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)，而且在一些應用領域其不可避免地會與各
種機油發(fā)生接觸，因此粘結固體潤滑涂層與介質復合潤
滑的研究日益受到關注 。粘結聚四氟乙烯(哪E)
基固體潤滑涂層具有優(yōu)異的耐腐蝕性、耐候性以及穩(wěn)
定的化學惰性和低摩擦系數(shù)¨ ，但其在油潤滑下的
摩擦學性能還未見報道，這極大地限制了這類涂層材
料在高新技術領域的廣泛應用。
為此，本工作研究了聚酰亞胺粘結聚四氟乙烯
(PTFE)基固體潤滑涂層在油潤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滑時
的摩擦磨損性能，并對涂層與油復合潤滑的機理進行
[收稿13期]
[基金項目]
[通信作者]
201l—O3—22
國家973計劃(2007CB607601)；國家創(chuàng)新研
究群體科學基金(50421502)資助項目
陳建敏(1959一)，博導，主要從事表面工程技
術研究，E-mail：chenjm@lzb．ac．cn
1 試驗
1．1 粘結固體潤滑涂層的制備
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)進行球磨分散，然后與溶解好的聚酰亞胺樹脂
(PI)充分混合，得到唧基固體潤滑涂料，其化學成分
(質量分數(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 摩擦磨損性能測試
涂層的摩擦磨損試驗在MHK．500型摩擦磨損試
驗機上進行：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
相對濕度40％ ～50％)，速度1．55—3．09 m／s，載荷
320～620 N。涂層油潤滑試驗：將潤滑油點滴至摩擦
材 料 偶 i 托
臻{o {聰秘 ◇孫 }
接觸處(1O～20~／min)，其他條件與干摩擦時一樣。
以單位涂層對應的滑動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型奧林巴斯光學顯微
鏡觀察金屬對偶塊的形貌。
2 結果與討論
2．1 涂層的摩擦系數(shù)
圖1為涂層在干摩擦和油潤滑下于不同載荷、滑
移速度時的摩擦系數(shù)。從圖1可以看出：載荷、滑移速
度變化時涂層的摩擦系數(shù)變化不大，尤其是在油潤滑
l司載荷、滑移速度時的摩擦系數(shù)
2．2 涂層的耐磨壽命
圖2為涂層在干摩擦和油潤滑下于不同載荷、滑
移速度時的耐磨壽命。從圖2a可以看出：涂層耐磨壽
命隨載荷的增大而降低；當載荷為320 N時，涂層油潤
滑下的耐磨壽命約是干摩擦的3倍；載荷大于320 N時，
涂層油潤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；
當滑移速度為1．55 m／s時，涂層油潤滑下的耐磨壽命約
是干摩擦下的1．5倍；當滑移速度大于1．55 m／s時，涂層
油潤滑下的耐磨壽命反而低于干摩擦下的。
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E
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●
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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620 N)
圖2 涂層在干摩擦和油潤滑下
不同載荷、滑移速度時的耐磨壽命
2．3 涂層的摩擦磨損機理
圖3為涂層在干摩擦和油潤滑下于不同載荷、滑
移速度時的磨痕表面SEM形貌。載荷320 N、滑移速
度2．58 m／s時干摩擦和油潤滑下涂層磨損表面形貌差
別不大，均較光滑平整(見圖3a，3b)。載荷620 N、滑
移速度1．55 m／s時干摩擦和油潤滑下涂層磨損表面形
貌的差別也不明顯(見圖3c，3d)。載荷620 N、滑移速
度2．58 m／s時干摩擦和油潤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
(見圖3e，3f)，高載、高速下潤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偶塊接觸區(qū)
域大幅度降低，同時潤滑油摩擦會帶走一部分熱量，降
低了摩擦熱對涂層的影響 J，從而提高耐磨壽命。在
高載、高速下，潤滑油被擠出或甩出摩擦界面；另外，大
量的摩擦熱降低了潤滑油的稠度，使摩擦界面近似處
于干摩擦狀態(tài)，接著潤滑油侵入由干摩擦所產生的微
裂紋，微裂紋逐漸擴展，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滑時(載荷320 N、滑移速
度2．58 m／s)金屬對偶塊表面的光學顯微形貌。從圖4
可以看出：在干摩擦和油潤滑下對偶塊表面均有轉移膜
產生。在干摩擦下，轉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 移
抗磨作用；而在低載、低速油潤滑下，油和轉移膜的復合
作用使涂層能達到更好的減摩抗磨效果。
[5]
[6]
a)十摩擦 (h)油潤滑 [7]
罔4 干摩擦和油潤滑時金屬對偶塊表面轉移膜的顯微形貌
3 結論 [8]
(1)載荷、滑移速度變化時，涂層的摩擦系數(shù)的變
化不大；涂層油潤滑下的摩擦系數(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、高速下潤滑油會加速
對涂層的破壞，而在低載、低速下潤滑油和轉移膜的復
合作用使涂層達到更好的減摩抗磨效果。
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(上接第27頁)
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