PDF《火焰喷涂聚苯硫醚 （PPS） 复合涂层在 水环境中的摩擦磨损...》

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100 N 图2PPS 复合涂层在干摩擦与水环境中的摩擦系数与 磨损率随碳纤维含量变化的关系曲线 载荷

100 N 下同不锈钢对摩时摩擦系数与磨损率随 着炭纤维含量变化的关系曲线 . 可以看出, 在干摩擦 条件下, 随着炭纤维含量增加, 摩擦系数缓慢降低, 而714第5期徐海燕等: 火焰喷涂聚苯硫醚(PPS) 复合涂层在水环境中的摩擦磨损性能研究 ? 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 在水环境中, 涂层的摩擦系数(大约 0. 13) 均低于干摩 擦下的摩擦系数 (大约 0. 40) , 且随着炭纤维含量增 加, 摩擦系数基本保持不变 . 这是由于水作为一种润 滑介质起到润滑作用 . 在干摩擦下磨损率随着炭纤维 含量增加快速增加, 复合涂层的磨损率均高于纯 PPS 涂层的磨损率, 而在水润滑下复合涂层的磨损率低于 干摩擦下的磨损率, 并且随着炭纤维含量增加, 复合 涂层的磨损率迅速下降, 在填料含量 3% 时, 磨损率达 到稳定值(0. 53*10-

6 mm

3 N ・m ) , 比干摩擦下的磨 损率降低了近

2 个数量级 . 这主要是由于水是一种冷 却剂, 在摩擦过程中可以降低摩擦产生的热及对涂层 的机械影响 . 在水环境中纯聚苯硫醚涂层的磨损率远 大于干摩擦下的磨损率 . 由此可见, 炭纤维增强的聚 苯硫醚涂层更加适合在水环境中应用 . 2.

3 涂层的磨损机理 图3 和图4 给出了速度 0.

425 m s, 载荷100 N 下涂层表面及其偶件磨损表面形貌的 SEM 照片 . 可 以看出: 聚苯硫醚的磨损表面光滑[图3(a) ], 相应的 偶件表面形成薄而连续的转移膜[图4(a) ];

而填充 3% 炭纤维的聚苯硫醚复合涂层的磨损表面出现明显 的塑性变形、 粘着及材料剥离现象[图3(b) ], 其偶件 表面形成的转移膜较厚, 存在严重划痕[图4(b) ]. 表 明聚苯硫醚复合涂层很容易被偶件表面微突体切割 而导致复合涂层破坏, 而在偶件上形成的转移膜与偶 件的结合强度较低, 容易剥落, 从而使其磨损率高于 聚苯硫醚[11 ] . 在水环境中, 纯聚苯硫醚涂层的磨损表 面出现严重的划伤与塑性变形, 且表面分布大量磨屑 [图3(c) ], 而复合涂层的磨损表面光滑, 纤维被磨 平, 这些暴露出的纤维支撑了大部分载荷, 从而降低 了复合涂层的磨损率[图3(d) ]. 在水润滑下

2 种涂 层在偶件上未形成转移膜[图4(c) ], 在水环境条件 下, 由于水的冷却及冲刷作用使得复合涂层磨损表面 热质变形显著减轻, 降低了磨粒磨损, 在偶件表面难 以形成复合涂层的转移膜, 而且摩擦副接触表面可以

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4 摩擦学学报第25 卷?1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 通过吸附水而形成边界润滑膜, 从而降低复合涂层的 磨损率, 这与前面的试验结果一致 . 而对于未增强的 聚苯硫醚涂层, 在摩擦过程中由于水的渗透及腐蚀作 用而使材料受到破坏, 使其磨损率提高[7 ] . 图5所示为干摩擦和水环境条件下与复合涂层 对摩的不锈钢偶件磨损表面主要元素的XPS 谱图 . 可以看出, 在干摩擦下, 位于 163.

5 eV 的S峰归属于 聚苯硫醚中的 S, 位于 168.

3 eV 和169.

5 eV 的S谱峰分别归属于 FeSO

4 和Fe2SO 3, 而水环境下未检测 到S的谱峰信号, 说明在水环境条件下, 摩擦过程中 聚苯硫醚的转移被抑制, 水的存在抑制了 PPS 转移 . Fe 的XPS 谱峰位于710.