铜-石墨自润滑复合材料润滑机理研究进展

转移层形成过程示意图

不同滑动速度下的平均摩擦系数

铜-石墨自润滑复合材料磨损率随速度变化而变化近日，中国科学院兰州化学物理研究所先进润滑与防护材料研究发展中心在铜-石墨自润滑复合材料的润滑机理研究方面取得系列进展，考察了表面织构对铜-石墨复合材料转移层的形成，以及滑动速度对该材料表面改性层和摩擦学性能的影响。干摩擦条件下，含石墨颗粒的金属基自润滑复合材料的摩擦系数通常较小，这与对偶材料滑动表面连续转移层的形成紧密相关，而转移过程可能会受到对偶材料表面织构变化的影响。因此，研究人员研究了铜-石墨自润滑复合材料在不同表面织构钢盘上的转移行为，重点考察了低载荷和高载荷下对偶材料上转移层的变化。结果发现不同表面织构对铜-石墨自润滑复合材料接触面产生的棘轮效应有所不同，从而引起表面层不同程度的挤压以及不同尺寸的挤出物。断裂的挤出物作为转移层的初始物对转移层的连续性具有重要作用，进而导致了铜-石墨自润滑复合材料与具有不同表面织构的钢材料配副时的不同摩擦学性能。针对滑动速度对铜-石墨自润滑复合材料表面改性和摩擦性能的影响，研究结果表明铜-石墨自润滑复合材料的摩擦系数、磨损率与滑动速度紧密相关，当速度超过临界值（0.5 m/s）时，摩擦磨损状态发生变化。接触面润滑层的形成是铜-石墨自润滑复合材料良好摩擦性能的重要特征。由于亚表面变形区较大的应变梯度，当滑动速度低于临界值时，富含石墨的润滑层易于在滑动表面形成。然而，当速度大于临界值时，由于高应变率下的剥层磨损，较难形成润滑层。当速度小于临界值时，磨损机制为由棘轮效应引起的轻微磨损；当速度大于临界值时，磨损机制为剥层磨损引起的严重磨损。铜-石墨自润滑复合材料是一种典型的环境友好润滑材料，在工程领域有广泛的应用。因此，研究其摩擦磨损性能，考察其在滑动轴承、电刷以及其它滑动和无油润滑条件下部件中的应用，具有重要意义。作为第三体中速度适应层的部分工作，该研究得到了国家自然科学基金的资金支持。研究结果发表在《磨损》（Wear）(Wear 270 (2011) 218–229 )和《摩擦学快报》（Tribol Lett）(Tribol Lett (2011) 41:363–370)。（来源：中国科学院兰州化学物理研究所张慧玲）