PTFE基固体润滑涂层的摩擦学和力学性能试验

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Experiments for Tribological and M echanical Properties of PTFESolid Lubrication CoatingQian Jing ，Miao Yan-wei ，Qian Ya-ming ，Fang Jian-fei ，Qiu Ming1.Xinchang Product Quality Supervision and nspection nstitute，Xinchang 312500，China；2.School of MechatronicsEngineering，Henan University of Science and Technology，Luoyang 471003，ChinaAbstract：The tribological，bonding and compressive properties are respectively investigated by HSR -2M high-speedreciprocating tibo-tester，NSTRON5944 tensile and compression testing machine and DDL-300 electronic universaltesting machine for researching tribological and mechanical properties of PTFE solid lubrication coating.The resultsshow that the bonding properties of recipe A are beter，and its bonding strength is around four times higher than that ofrecipes B and C.The mechanical properties of recipe B are the worst.The tribological and compressive properties of rec-ipe C are the best，its compression strength is twice as much as that of recipes A and B ，and the toughness is superior.

Key words：solid lubrication coating；friction and wear；bonding strength；compression固体润滑涂层技术是指将固体物质涂或镀于摩擦副界面，作为固体润滑材料或固体润滑剂，对摩擦副界面进行润滑的方法，以降低摩擦因数或减小磨损1 J。由于粘结固体润滑涂层是-种经济、方便和性能优异的减摩措施，在民用机械和空间技术等多方面得到了广泛应用 4 J，目前有超过 95% 的润滑材料通过该工艺达到润滑的 目的 J。研究表明，常用的 MoS 基、石墨基及聚四氟乙烯 FE基粘结固体润滑涂层均具有 良好收稿 日期：2013-02-21；修回日期：2013-04-18基金项目：国家 自然科学基金资助项 目51275155；河南受出青年基金项 目11410051002作者简介：钱菁 1973- ，女，工程师，主要研究方向为轴承检测技术

的摩擦学性能 -s。 FE作为-种典型的固体润滑材料在耐热性、耐磨性、自润滑性及低摩擦因数等方面表现出良好的性能， FE基固体润滑涂层的耐磨性比二硫化钼和石墨类固体润滑涂层高出5～7倍L9j。基于此，下文着重对不同配方 .

FE基固体润滑涂层的摩擦学和力学性能进行试验研究，以期找到综合性能较优的PrFE基固体润滑涂层配方。

1 试样制备润滑涂层的制备：将 PTFE乳液、MoS 粉末600目、环氧树脂 E-5l、和石墨粉末600目按-定比例混合均匀，通过模压法制成 FE基固体润滑涂层，并将压制好的涂层在 100 oC下烘干，钱菁，等：m E基固体润滑涂层的摩擦学和力学性能试验 ·23·保温 5 min，取出冷却至室温～已制备好的 3种PTFE基固体润滑涂层的配方分别命名为 A， 和C。3种配方的区别在于乳液中PTFE的含量不同，分别为 20%，40%和60%。把制备的A，B和C固体润滑涂层粘接到圆片和圆柱试样上材料均为GCrl5轴承钢，其中圆片试样做摩擦磨损试验和抗压性能试验，圆柱试样做粘结性能试验，试样结构如图 1所示。圆片试样的基本参数为：直径 30mm，厚 8 mm其中涂层厚度为 2 mm；圆柱试样的基本参数为：直径 20 mm，高 30 mm其中涂层厚度为6 mm。

a圆片抹层 基体部分、s---图1 试样结构示意图：b圆柱2 试验2.1 摩擦学性能试验在 HSR-2M型高速往复式摩擦磨损试验机上测定涂层的摩擦因数和磨损体积图2。

l裁岢 钢球 1j/试样//圆盘。 / l<：：>往复移动图2 摩擦磨损试验示意图在干摩擦条件下对涂层试样进行摩擦磨损测试。上试样为 GCrl5钢球，直径为 6 mm，硬度为63 HRC；下试样 为已粘接涂层的圆片，直径 30mm，厚8 mm其中涂层的厚度为2 mm；往复频率为3 Hz，往复移动长度 10 mm，试验载荷为 30N，试验时间为5 min。试验时上试样固定 ，下试样做往复移动。

2.1.1 摩擦因数每种配方测试6次摩擦因数，取其平均值得到如图3所示结果。3种配方涂层的摩擦因数随时间的变化趋势如图4所示。

0.4豁 O.3霎0.20.10籁糍A B C涂层图3 不同配方涂层的摩擦 因数往复移动时 间/rfm图4 不同涂层的摩擦因数随时间的变化趋势由图3可知，C涂层的摩擦因数最小且减摩性最好，是A涂层的3倍左右、是 涂层的2倍左右；B涂层的摩擦因数次之，其减摩性是A涂层的1.5倍左右；A涂层的摩擦因数最大且减摩效果最差。

由图4可知，A涂层的摩擦因数随往复移动时间的波动较大且不稳定，上、下波动的幅度在0.1范围内；B涂层的摩擦因数随往复移动时间的波动较平缓，上、下波动幅度基本在 0.05范围内；C涂层的摩擦因数随往复移动时间的波动最平缓，上、下波动幅度基本在0.01范围内。

综上可知，A涂层的摩擦性能最差，并且其涂层的摩擦因数随往复移动时间的波动也较大且不稳定； 涂层的摩擦性能介于A和c之间；C涂层的摩擦性能优于A和曰，并且 C涂层的摩擦因数随往复移动时间的波动也最平稳。

2.12 磨损量对每种配方涂层的磨损量测量 6次，取其平均值，结果如图5所示。

O. O.0 87l。 O.0lA B C涂层图5 不同配方涂层的磨损量ⅡⅡ 器 《轴承2013.No.10由图中数据可知 ，c涂层的磨损量最小，耐磨性最好，其耐磨性是A涂层的8倍左右、日涂层的2O倍左右 ；A涂层的磨损量次之，其耐磨性是B涂层的2.5倍左右；B涂层的磨损量最大，耐磨性最差 。

综合考虑涂层的摩擦因数和磨损量，c涂层的摩擦学性能优于其他两种配方；A涂层的磨损性能优于 B。

2-2 力学性能试验2-2.1 粘结性能试验利用 NSTRON5944拉压试验机，参照 GB/T5210-2006进行 PTFE基固体润滑涂层的粘结性能试验。试验条件：拉伸应力速率为0.05 MPa/s，拉伸位移为2 mm。每种配方做 3组试验，取其平均值，试验结果见表 1。

表 1 不同配方涂层的粘结强度从表中数据可以看出：在相同的试验条件下，A涂层与基体的粘结强度最高，其粘结强度是和 c涂层的4倍左右，并且 A涂层在做拉伸试验时是从涂层中间断开，表明A涂层的胶黏剂与基体的粘结性能最好；B与 C涂层的粘结强度大致相当，涂层均是从结合面处断开，但 c涂层与基体断开时，基体上粘有部分涂层，而 B涂层则完整地从基体上断开。并且 涂层在做抗压性能试验时，涂层出现了从基体上脱落的情况，而其他2种配方均未出现。

综上可知，A涂层的黏结强度最高；B与 C涂层的粘结强度大致相当，但 c涂层胶黏剂与基体的粘结性能优于日。

2-22抗压性能试验采用 DDL-300电子万能试验机，参照 GB/T7314金属材料室温压缩方法》进行涂层的抗压性能试验。试验条件：加载速度为 0.5 mm/min，压缩面积 S。为 7.069 mm ，施加最大载荷 F为 300t。每种配方做 3组抗压性能试验，取其平均值。

涂层的压缩强度和压缩量见表 2。压缩载荷随时间的变化趋势如图6所示。

表2 不同涂层的压缩强度与压缩量cbB涂层压缩时H/scC涂层图6 不同涂层的压缩载荷随时间的变化趋势图6a中A涂层的压缩载荷随压缩时间的变化趋势在 140 s左右时涂层材料产生屈服，其压缩强度为 200.65 MPa，此时的压缩量为 1.460 mm。

图6b中B涂层的压缩载荷随压缩时间的变化趋势在 180 s左右时涂层材料产生屈服，其压缩强度为218 MPa，此时的压缩量为 1.496 mm。图6e中c涂层的压缩载荷随压缩时间的变化趋势在 280 s左右时涂层材料产生屈服，其压缩强度最高，为457.18 MPa，约为A和 涂层的2倍；C涂层的压缩量为2.336 mm，约为 A和B涂层的 1.5倍。

3 结论13种配方中 C涂层的减摩性和耐磨性最好；B涂层的摩擦性能优于A，减摩性约为A的1.5倍，但磨损性能比A差；A涂层的摩擦性能最差，但其磨损性能优于B，是B涂层的2.5倍左右。

23种配方中B涂层的力学性能最差；A涂下转第29页m∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 踮∞加 ∞0蚤 襄 餐 高兴，等：和谐与先锋号动车组牵引电机润滑脂对轴承运行的影响分析 ·29·承具有2×10 km以上的耐久性以及润滑脂具有1×10 km的耐久性。

4 结束语通过对和谐 200 km/h和先锋号动车组牵引电机轴承和润滑脂的试验可以看出：1轴承运行时的振动加速度 <40g，温度≤120 oC是安全的。

2当轴承振动加速度发生突变时，可能预示轴承滚道面润滑膜受到破坏，若破坏没有及时修复，轴承将运行在不安全的区域，而此时轴承温度并不高，因此振动比温度更能反映高速牵引电机轴承的故障征兆。

3在润滑寿命方面，UPG No.2脂较UnimaxR No.2脂高；在温升方面，UPG No.2脂较新干线牵引电机轴承使用的Unimax R No.2脂低。

4应优先采用具有自修复功能的润滑脂如UPG No.2，其对运行中出现的轻微擦伤可以 自行修复。

5优先采用憎水型润滑脂如 UPG No.2，降低润滑层中由于水分在高速接触点的瞬间高温破坏作用，提高动车牵引电机轴承的运行安全性。