滑动距离对纯铜摩擦磨损性能及亚表面变形的影响

【摘要】在滑动摩擦中,金属材料表现出非常“聪明”的一面,它们通常会以强化表面材料的方式对塑性应变作出响应。对于许多金属及合金(尤其是延性金属)而言,接触表面附近材料晶粒细化是摩擦变形诱导的一种重要强化机制。本文采用瑞士CSEM公司THT07-135高温摩擦磨损试验机的球-盘接触模式,以纯铜做盘,GCr15做球,设定实验载荷为2N,滑动速度为2cm/s,改变滑动距离开展了一系列干摩擦实验。基于扫描电镜、透射电镜与X光电子能谱分析仪等对低速低载荷滑动摩擦条件下接触表面上的摩擦学性能和亚表面变形情况进行了详细表征和分析,主要研究结果如下：(1)纯铜在低速低载荷滑动摩擦条件下,其摩擦磨损行为随滑动距离增加可分为3个阶段,各阶段具有不同的摩擦磨损机理：在跑合阶段,对偶的犁沟和粘着作用,以及铜表面的严重塑性变形导致摩擦系数极不稳定,但磨损率很小；在不稳定摩擦阶段,表面塑性变形因位错密度增加而减弱,磨损主要由疲劳断裂和剥层造成；在稳定摩擦阶段,由于近表面材料中位错、晶界等缺陷积累和变形存储能的释放,氧化磨损为主要磨损形式。(2)低速低载荷滑动摩擦条件下,纯铜磨损亚表面出现了由塑性变形、剪切局部化产生的等效应变梯度所决定的层状结构,厚度随滑动距离增加而加厚。层状结构晶粒是沿滑动方向逐渐扭转或最终平行于滑动方向的,纯铜晶粒被细化,形成纳米摩擦层。(3)在低速低载荷滑动摩擦条件下,随滑动距离增加,稳定纳米摩擦层的形成,氧化铜的润滑作用,以及对偶球上铜的转移量的减少,对提高材料的耐磨性具有至关重要的作用。
【作者】杨凤英；
【导师】杨贵荣；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】摩擦磨损；塑性变形；剪切局部化；等效应变梯度；层状结构；

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