铝合金氧化膜的摩擦系数与磨损过程的关系

D0I:10.13374/i.is8nm1001-053x.1992.01.029 第1卷第1期 北京科技大学学报 Vol.i4 No.1 1992年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jn,1992 铝合金氧化膜的摩擦系数与 磨损过程的关系 刘海平· 徐 源· 张文奇 箱要：测定了7075铝合金的阳极氧化胶与GCr6钢球对磨条件下，膜的座擦系数随对 磨次数的变化曲线。发现前者随著后者的增加而趋于增大，出现摩掠系数阶跃上升和平缓变 化交替的周期性变化过程。分析了准擦系数变化与膜表而磨损过程的关系，认为摩接系数不 仅反映了膜最表层的磨损和磨合，同时还是载荷的冲击作用引起的膜纤缘荣断裂而使表面软 况恶化的宏观表现。 关键词：铝，阳极氧化膜，摩浆系数 Relationship between Friction Coefficent and Surface Abrasive Situations of the Anodic Film on A】Alloy Liu Haiping·Xu·Yuan Zhang Wengi" ABSTRACT:The friction coefficent(u)-time(f)transients of anodic film on 7070 Al Alloy were measured in the process of the film being worn by a small steel ball.It was found that the friction coefficent tended to increase during wearing.A phenomenon of periodic change of the friction coefficent,which increased steply and then changed slowly,occured repeatly.The friction coe- ffient were related not only to the abrasion of the sample surface but also to the fibre-boundies cracking in the subsurface layer of the anodic film. KEY WORDS:aluminium,anodic film,friction coefficent abrasive 1990-10-23收到初稿，1991-09-10收到修改稿 ·表面科学与腐蚀工程系(Department of Surface Science and Corrosion Engneering) 77

第“ 卷第 1 期 1 99 2年 1 月 北 京 科 技 大 J o u r n a l o f U n i v e r s i ty o f S e i o zz e e 学 学 报 a n d T e e h n o l o g y B e i j i n g V o l 。 J a n i 峨 N 。 。 1 1 9 9 2 铝合金氧化膜的摩擦 系数 与 磨损过程的关 系 刘海 平 ’ 徐 源 ’ { 张 文奇 } 摘 要 : 测定了 7 07 5铝合金的 阳 汲氧化膜 与 G c r 6钢球 对磨 条件 下 , 膜的摩擦系 数 随 对 磨次 数 的变化 曲线 。 发现前者随着 后者的 增加而趋于 增 大 , 出 现摩擦系数阶跃 上 升和平缓变 化交替 的周期性变化过程 。 分 析了靡擦系数 变化 与膜表面磨损过程 的关 系 , 认为摩擦 系数不 仅反映了膜 最表层的 磨损和磨 合 , 同时还是 载荷 的冲击 作用 引起的膜纤 维束断裂而使表面状 况 恶 化 的宏观表现 。 关键词 : 铝 , 阳极氧化膜 , 摩擦 系 数 导 R e l a t i o n s h i P b e t w e e n F r i e t i o n C o e f f i e e n t a n d S u r f a e e A b r a s i v e S i t u a t i o n s o f t h e A n o d i e F i l m o n A I A l l o y L f u H a i P i n 夕 ’ X u ` r “ a 抢 Z h a 。 夕 不V e n g 了 ’ A B S T R AC T : T h e f r i e t i o t e o e f f i e e n t ( 户 ) 一t i m 。 ( t ) t r a n s i e n t s o f a n o d i e f i l m o n 7 0 7 0 A I A l l o y w c r e m e a s u r e d i n t h e p r o e e s s o f t h e f i l m b o i n g w o r n b y a s m a l l s t o e l b a l l 。 I t w a s f o u n d t h a t t h : f r i c t i o 几 e o e f f i e e n t t o n d o d t o i n e r e a s e d u r i n g w e a r i n g . A p h e n o m e n o n o f p e r i o d i e c h a n g e o f t h e f r i e t i o n e o e f f i e e n t , w h i e h i n e r e a s e d s t e p l y a n d t h e n e h a n g e d 5 1 0 、 、 l y , 。 e e u : e d r e p e a t l y 。 T h e f r i e t i o n e o e - f f i e 几 t w e r e r e l a t e d n o t o n l y t o t h o a b r a s i o n o f t h e s a m p l e s u r f a e e b u t a l s o t o t h e f i b r e 一 b o 住 n d i e s e r a e k i n g i n t h o s u b s u r f a e e l a y e r o f t h o a n o d i e f i lm 。 K E Y W O R D S : a l u m i n i u m , a n o d i e f i lm , f r i e t i o n e o e f f i e e n t a b r a s i v e 19 9 0 一 1 0 一 2 5收 到初稿 , 1 0 9 1 一 0 9 一 1 0收 到修改稿 . 表面 科学与腐蚀工程系 ( D e P a r t m e n t o f s u r f a C e s c i e n C e a “ d C o r r 0 S i o n E n g ” e e r i n g ) 7 7 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1992. 01. 029

目前，膜摩擦磨损机理方面的研究较少，主要在硬度和膜厚度对耐磨性的影响等儿个方 面1’2)，且报道的是平均摩擦系数8·)。关于在磨损过程中膜表面状况及力学性能等因素 变化对摩擦系数的影响仍无详细报道。这可能与摩擦学的发展状况有关(5)。摩擦系数的变 化本质上反映了膜表面状况，可从一个侧面对膜寿命的预测起一定作用。因此本文主要研究 ?075铝合金的阳极氧化膜，在磨损过程中摩擦系数随载荷及膜的生成工艺等的变化规律，并 探讨其磨损过程的机制。最后观察在膜的微孔中电解沉积MoS,对膜摩擦系数的影响。 1 实验方法 面积为60mm×60mm×1.5mm的7075铝合金片状样品，用高氯酸和无水乙醇的混合液 (1:4)在5~10℃，以18V电压电解抛光3min, 然后在15%的硫酸和20%的磺基水杨酸的 混合酸中以30mA/cm2的电流密度阳极氧化 60min(各样品阳极氧化温度在实验结果部分 Friction transducer 列出)。样品用蒸馏水洗净、冷风吹干后备用， GCr6 steel ball 或在6.1g/1(NH,)zMoS4中以1mA/cm2的电 Specimen 流密度在20℃下阳极电解沉积MoS2。之后在 plate 上海材料研究所自制的针盘式摩擦系数测定仪 上测定摩擦系数。图1为实验装置示意图。样 品固定在水平圆盘上，加一个垂直载荷使半径 为1.5mm的GCr6钢球与样品表面点接触。样 品圆盘以60r/min的速度转动，由此可测不同载 荷和钢球旋转半径r(10~30mm)时膜的摩擦系 图1库擦系数测定装置示意田 数的变化过程。摩擦系数由测力传感器测得的 Fig.1 Schematic diagram of friction 摩擦力计算出。摩擦方式：100%滑动。 coefficent mcasuring device P=30g(T2) 0.40 P=70g 0.70 0.60 0.30 0.50 3 0.20 0.40 30gr1 P=50y 0.10 0.30 50 100 150 200250300 0.20 N/r 250 500 750 10001250 N/t 图2不同载待下摩擦系数与圆盘转数的关系曲线 Fig.2 Chaege of frictioncoefficent versus revolution of specimen plate under various loads 78

目前 , 膜摩擦磨损机理方面的研究较少 , 主要在硬度和膜厚度对耐磨性的影响等儿个方 面 〔 ” 么 ’ , 且报道的是平均摩擦系 数 〔 “ ’ ` ’ 。 关于在 磨损过程 中膜表 面状况及力学性能等因素 变化对摩擦系数 的影 响仍无详细报 道 。 这可 能与摩擦 学的 发展状况有 关 ` ” ’ 。 摩擦 系 数 的变 化本质上反映 了膜表 面状况 , 可从一 个侧 面对膜寿命 的预测起一定作 用 。 因 此本文主要研究 7。了5铝合金的阳极氧化膜 , 在 磨损过程 中摩擦系 数随载荷及膜的生成工艺等的变化规律 , 并 探讨其磨损过程 的机制 。 最后观察在膜的微孔 中电解沉积 M os : 对膜摩擦系数的影 响 。 1 实 验 方 法 面积为 6 o m m x 60 m m x l 。 s m m 的 7 0 7 5铝合金片状样品 , 用 高氯酸和无水乙 醇 的 混 合液 ( 1 : 4 )在5 ~ 1 0 ℃ , 以1 8V 电压电解抛 光 3 m i n , 然后在 15 % 的硫酸和 20 % 的 磺 基 水 杨 酸 的 混 合 酸 中 以 3 。。 A c/ m Z 的电 流密度阳 极氧化 60 m in ( 各 样品 阳极氧化温度在 实验结果 部 分 列出 ) 。 样品 用蒸馏水洗净 、 冷风吹干后备用 , 或在 6 。 1 9 / l ( N H ` ) : M o S ` 中以 1二 A / e m “ 的 电 流密度在 20 ℃ 下阳极 电解沉积 M 0 5 : 。 之后在 上海材料研究所自制的针盘式摩擦系数测定仪 上测定摩擦系数 。 图 1 为实验装置示意图 。 样 品 固定在水平圆盘上 , 加一个垂直载荷使半径 为 1 . 5。 二 的 G cr 6 钢球与样品 表面点接触 。 样 品圆盘 以 60 r/ m in 的速度转动 , 由此可测不同载 荷和钢球旋转半径 r (1 。 ~ 30 m tn ) 时膜的摩擦系 数的变化过程 。 摩擦系数 由测力传感器测得的 摩擦力 计算 出 。 摩擦方式 : 10 。%滑动 。 … } 卜 l 祠目匕 s t e e l b a l l Pe c l m e n P l a t e 图 1 摩 擦系数 侧定装置示意图 F i g . 1 S e h e m a t i e d i a g r a m o f f r i e t i o n e o e f f i e e o t 扭 e a s u r i o g d e v i c e 找 .0 曰两` . 自` ~ ~ _ 工 一 . . . . 卜 { r , , P 二 多0 9 r , < r 〕 } 洲比 . 卜气 . 1少 尸 g肠。 f I 一 宁 一仁 划 一 !斗 一 ~ 年. 户乡 1 平1 1 0 0 飞5 0 2 0 _0 2 5 0 多0 0 N / r _ 怪 _ 。 0 2 5 0 5 0 0 7 5 0 N / r F 19 . 1 0 0 0 图 2 1 2 5 Q 不 同载荷下摩擦系数 与回 盘转数 的关 系曲线 C il a e g e o f f r i o t i o n 二e o e f f i e e n t v e r s u s r e v o l u t i o n o f s P e e i m e n P l a t e u n d e r v a r i o 让 5 l o a d s

表1阳极氯化后处理条件与膜平均截面硬度的关系 Table 1 Relationship between microhardness of the film and anodizing and after treatment cohditions 样品号 阳极氧化温度/℃ 后处理 显微硬度/HV100 1 一22 无 550 2 311 无 445 311 电解沉积 420 2实验结果和讨论 2.1阳极氯化膜的摩擦系数随磨损过程的查化 表1为各样品的阳极氧化温度及测得的膜截面的显微硬度的平均值。 图2为2#样品的摩擦系数4随样品圆盘转数N,也即对磨次数的变化曲线。由于随着对磨 次数的增加，膜表面不断磨损，-N曲线还反映不同层次的膜材料对4的影响。从图2可看 出，4的变化总趋势是趋于增大，过程中周期性地出现阶跃增加和平缓变化交替的现象；加 载量和对磨钢球的旋转半径对摩擦系数也有很大影响。 在没有润滑的条件下，膜自身的力学性能，如硬度和韧性对摩擦系数也有影响。一般 地，降低温度有利于提高膜硬度和耐磨性，膜由内向外的生长特性使外部先生成的部分受酸 液的浸蚀时间较长，孔隙度增大，密度、硬度和耐磨性下降，即膜的孔呈锥形地从内到外逐 渐增大，硬度和耐磨性从内向外逐渐下降；虽然阳极氧化膜有较高的硬度和耐磨性，但却有 脆性大，耐冲击性能差，易开裂的缺点〔，3)。因此还必须考虑膜脆性的影响。 Avey‘1”s)研究了喷砂条件下膜的耐磨性，提出了如下机理：膜的纤维束断裂分两种形 式，一种是膜最表面处由于磨损引起的破坏：另一为载荷的冲击作用引起的次表层中发生的 大颗粒状断裂，这种断裂加大了膜的表观磨损量。 本实验中4的变化形式表明，该机理是合理的。在磨损过程中，最表层磨损是连续发生 的，即4是连续变化的。同时，载荷的冲击作用使膜的次表面中的纤维束开裂，产生了许多 微裂纹。随着作用时间的延长，裂纹的数量增加并发生扩展，相互间逐渐形成网状联接，使 膜次表层部分的力学性能变差。但由于颗粒间彼此咬合，短时间内不会大部脱落。只有达到 某一冲击次数时，次表层中才发生突然性的大量脱落，使膜表面粗糙度突然变大，引起4突 然性地向上阶跃（图3）。 发生脱落后，磨损在新的表面条件下继续进行，再次发生以上过程，使“发生周期性的 变化。从图2中2号样品的曲线中还可看出，随着磨损向膜深层的进行，：发生阶跃所需经历 的周期有延长的趋势，这可能是由于膜的内层密度增加，碎化颗粒咬合紧密，从而延迟了脱 落时间所致。 “上升过程中趋于恒定值及向上阶跃后又有所下降，可能是由于膜与钢球发生了磨合引 起的。磨合作用使膜表面粗糙度下降，有利于减小摩擦系数。“-N曲线表明：4每次阶跃后， 磨合作用都使μ下降或趋于稳定值。即在一定载荷下，膜的摩棕磨损过程是膜材料的破坏与 79

表 j 阳极氧化后处理条件与膜举均截面硬度的关系 T a b l e 一 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n m i e r o h a r d n e s s o f t h e f i l爪 a n d a n o di z i n g a n d a f t e r t r o a t m o n t e o h d i t i o n s 样品号 阳极氧化温 度Z℃ 后处理 显微硬度 / H V 1 0 一 2 ~ 2 3 ~ 11 3 ~ 1 1 无 无 电解沉积 5 5 0 4 4 5 42 0 2 实验结果和讨论 2 . 1 阳 极叙 化膜 的摩擦 系数随磨摄过程 的变 化 表 l 为各样品 的 阳极 氧化温 度及 测得的膜截 面的显微硬度的平均值 。 图 2为2 “ 样品 的摩擦系数拼随样品 圆盘转数 N , 也即对磨次数的变化曲线 。 由于随着对磨 次数 的增加 , 膜表 面不断磨损 , 产一 N 曲线还反映 不同层 次的膜材料对 声 的影响 。 从图 2可 看 出 , 井的变化总趋势是趋于增大 , 过程 中周 期性地出 现 阶跃增加和 平缓变化 交替的 现象 ; 加 载量和 对磨钢球 的旋转半径对摩擦系数也有很大影响 。 在没 有润滑的 条 件下 , 膜 自身的力学性能 , 如硬度 和 韧性对摩擦系数 也 有 影 响 。 一 般 地 , 降低温度有利 于提高膜硬 度和耐磨性 , 膜 由内 向外的生长 特性使外部先生成 的部分受酸 液的 浸蚀时间较长 , 孔隙 度增大 , 密度 、 硬度和耐 磨性下 降 , 即 膜的 孔呈锥形地从内到 外逐 渐 增大 , 硬度和耐 磨性 从内向外逐渐下降 ; 虽然阳 极氧化膜 有较高的硬度和耐磨性 , 但 却有 脆性大 , 耐 冲击性能差 , 易开裂的 缺点 〔 ` ’ 2 ’ ” ’ . 〕 。 因 此 还 必须 考虑 膜 脆性 的影响 。 lA ve y “ ’ ` ’ 研究 了喷砂 条件下 膜的耐磨性 , 提出 了如下机理 : 膜的纤维束断 裂分两种形 式 , 一种是膜 最表面处 由于 磨损 引起 的破坏 ; 另一 为载荷的 冲击作用 引起的次表层 中发生的 大颗 粒 状断 裂 , 这种断 裂加大 了膜 的表 观磨损量 。 本实 验中声 的 变化形式表 明 , 该机理 是合理 的 。 在 磨损 过程中 , 最表 层磨损是连续发生 的 , 即声 是连续变 化 的 。 同时 , 载 荷的冲击作用使膜的 次表面中的纤维束开裂 , 产生了许多 微裂纹 。 随着作 用时间的 延长 , 裂纹的数量增加 并发生扩展 , 相 互 间逐渐形成网状联接 , 使 膜次表层部分的力学性能变差 。 但由于颗粒 间彼此咬合 , 短时间内不会大部脱落 。 只有达到 某一 冲击次数时 , 次表层 中才 发生突然性的大量脱落 , 使膜 表面粗糙度突然变大 , 引起产 突 然性地向上阶跃 ( 图 8 ) 。 发生脱落后 , 磨损在新的表面条件下 继续进行 , 再次发生以上 过程 , 使声 发生周期性的 变化 。 从图 2 中2号样品 的曲线 中还可看出 , 随着磨损 向膜深层 的进行 , 产发生阶跃所需经 历 的周期 有延长的趋势 , 这可 能是由于膜 的 内层密度增加 , 碎化颗粒咬 合紧密 , 从而延迟了脱 落时间所致 。 声上升过程中趋于恒定值及 向上 阶跃后又有所下 降 , 可能是 由于膜与 钢球发生了磨合 引 起的 。 磨合 作用使 膜表面粗糙度下降 , 有利于减小摩擦系数 。 声一 N 曲线表 明 : 声 每次阶跃 后 , 磨合作用都 使产下降或趋于稳定值 。 即在一定载荷下 , 膜的摩擦磨损 过程 是膜材 料的破 坏与

Sut face layer uhs:rface l.ver Ircuc Film 图3膜陪损破坏的截面示意图 Fig,3 Seccion schematic diagrum of the worn porous film 摩擦副间的磨合交替起主导作用的周期性变化过程。 2.2载荷对摩擦系数的影响 从图2中可看出，摩擦系数随我荷的变化规律较复杂。低载荷时(p=30g,「：)，直线上 升后趋于恒定值；高载荷时(p=70g),总趋势是以高速率增加，其中发生阶跃的幅度也很 大；中量载荷时(p=50g),周期性地出现4向上阶跃和平缓变化交替的过程。 分析可知，增加载荷对膜表面有两个作用。一是对样品的冲击作用增强，易使最表层产 生磨损和次表层中裂纹形成扩展而引起膜的纤维束断裂，从而增加表面粗糙度；另一是使摩 擦副间相互作用力增大，有利于表面不平整部分发生蘑合过程。这两个作用中，前者使“上 升，后者使4下降。 当载荷较小时(p=30g,”,),对膜的冲击作用不大，次表层中膜纤维束的破坏程度较 轻。从断裂力学〔，8)的观点考虑，可认为裂纹扩展而引起断裂所需的时间大大延长了，或 这时的冲击应力低于裂纹扩展所需的应力门槛值。因此，次表层中未发生纤维束断裂引起的膜 层脱落，所以4未发生向上阶跃。这种情况下，主要发生最表层的磨损和磨合。随着对磨次数 的增加，两者的作用趋于平衡，使“趋于一个恒定值。低温阳极氧化虽然会增加膜表面的粗 糙度，而使4增大(1,3)，但由于同时增加了膜的硬度，又有利于磨合作用的增强而使4下 降。第二个因素的影响可能较大，使得2号样品的u的平衡值趋于一致。从图2()中还可看 出，低载荷时若增大钢球旋转半径，仍会出现“周期性变化的现象，原因在后面详述。 低温阳极氧化虽然可使膜硬度增加，但同时脆性也增大，降低了膜的冲击韧性，1©，11)。 从图2中可看出，高载荷时（p=70g),2号样品在较高温度下阳极氧化，故韧性会有所提 高。在同样大的冲击应力作用下，次表层中裂纹扩展和它所引起的膜层脱落仍需一段时间， 故在其4-N曲线中4的变化仍是周期性的。但相对于低、中载荷，4的上升速度明显加快 了。即高载荷时，膜表层的破坏主要由载荷的冲击作用引起。 中量载荷时(p=50g)，4-N曲线反映出冲击和磨合两因素联合起主导作用，使4发生周 期性变化，4的平均上升速度也居中。 比较3种载荷时的μ-V曲线发现，增加载荷有使4的变化周期缩短的趋势。这也表明载 80

工。 y e r 州畴卜口二州曰。ac 荆切。的已ó 图 3 膜 磨损破 坏 的截面示意图 F 1 9 . 3 s e e t i o n s e l x e m a t i C d i a g r u 位 o f t h e w o r n P o r o u s f i l爪 摩擦副间的磨合交替起 主导作用的 周期性变化 过程 。 2 . 2 载荷对摩擦 系 数 的影响 从图 2中可看出 , 摩擦系 数随载 荷的变化 规 律较复杂 。 低载荷时 (P 二 30 9 , 。 、 ) , 产直线 上 升后趋于 恒定 值; 高载 荷时 (P 二 7 09 ) , 总 趋势是户以高速率增加 , 其 中发 生阶跃 的幅度也很 大; 中量载荷时 ( P = 5 0 9 ) , 周 期性地出现 声向上阶跃和 平缓变 化交替的 过程 。 分析可 知 , 增加 载荷对膜表面有两 个作用 。 一是对样品 的 冲击作用增强 , 易使最表层 产 生磨 损和次表 层 中裂 纹形成扩展 而引起膜 的纤 维束断裂 , 从而增加表面粗糙度; 另一是使摩 擦副 间相互作用力增大 , 有利 于表 面不平整部分发 生磨合过程 。 这两个作用 中 , 前者使声 上 升 , 后者使产 下降 。 当载荷较小 时 (P 二 30 9 , , , ) , 对膜 的 冲击 作用不大 , 次表层 中膜 纤维束的 破 坏 程 度 较 轻 。 从 断裂力学 ` 7 ’ “ ’ 的 观点 考虑 , 可认为裂纹 扩展而引起断 裂所需的时间大大延长 了 , 或 这时的冲击应 力低于裂纹扩展所需的应力门槛值 。 因此 , 次表层 中未发生纤 维束断 裂引起的膜 层脱落 , 所以 产 未发生 向上阶跃 。 这种情况下 , 主要 发生 最表层 的磨损和 磨合 。 随着对磨次数 的 增加 , 两者 的作用趋于平衡 , 使声 趋于一个 恒定值 。 低 温阳极氧化虽 然 会增加膜表面的粗 糙度 , 而使 拼 增大 〔 ` ’ “ ’ , 但由于 同时 增加 了膜的 硬度 , 又有利 于磨合作 用 的 增 强而使产下 降 。 第二个因素的影响可能较大 , 使得 2号样品 的产 的平 衡值趋于一致 。 从 图2 ( a) 中 还可 看 出 , 低载 荷时若增大钢 球旋转半径 , 仍会 出现产 周期 性变化的 现象 , 原因在后 面详述 。 低温阳极氧化虽 然可 使膜硬 度增加 , 但 同时脆性也增大 , 降低 了膜 的冲击 韧性 〔 ` ’ ` 。 ’ “ ’ 。 从图 2中可看出 , 高载荷时 ( P 二 7 0 9 ) , 2号 样品在 较高温度下 阳极 氧化 , 故 韧性 会 有 所 提 高 。 在 同样大的冲 击应 力作用下 , 次表 层 中裂纹扩展和 它 所引起 的膜层脱落 仍需一段 时间 , 故在其价 N 曲线中产 的变化仍是 周 期性的 。 但相对 于低 、 中载荷 , 产 的上升 速 度 明 显加快 了 。 即高载荷时 , 膜表 层的 破坏主要 由载荷的 冲击作 用引起 。 中量载荷时 (P 二 5 0 9 ) , 拼 一 N 曲线 反映 出冲击 和磨合 两因素联合起 主导作 用 , 使拼发生周 期性变化 , 声 的平均上升速度也 居中 。 比较 3 种载荷时的 产一 N 曲线发现 , 增加载荷有使那 的变化周期缩短 的趋势 。 这也表明载

荷增加时冲击作用增强，加快了次表层中裂纹的书扩展和膜的层状脱落。 2,3摩擦副相对滑动速度的影响 测定时，一般使钢球旋转半径r在15~20血m范围。当使r=30mm时，施加30g载荷时 测得的u一N曲线也列在图2a中〔p=30g,r:〕。比较可知，同样转速下，增大钢球旋转半径 使增大，且曲线形式发生了变化：由直线上升后趋于恒定值的形式转变成了阶跃增大和平 缓变化交替的周期性的变化形式。这是由于增大旋转半径相当于增大摩擦副相对滑动速度 (转速不变时)，同样载荷下膜受的冲击作用增大，加剧了次表层中裂纹的产生和扩展，I 起了膜层状脱落，因此出现4的周期性变化。即加快相对滑动速度相当于对膜加荷。 2.4膜的微孔中沉积MoS2对魔擦系数的影响 0.4n 0.10 0.30 = 0.13s P:50 n.20 e-n 11 41 511 1 r 11: ! .f】 图43样品的原控系数与圆盘转数的关系 图5纯侣阳极膜的摩熔系数变化曲线 Fig.4 Relationship between friction (电解和化学沉积MoS2后) coefficent and revolution Fig.5 Friction properties of the 0n3* anodic film on pure Al (after electrodepositing and chemical treatment 图4为电解沉积了MoS2的3号样品的4-N曲线。对比图2可看出，同样对磨次数时，沉 积MoS2的样品u值较小，且μ的增加速度也较慢。这表明MoS2起到了一定的润滑作用。沉 积MoS2后：仍然上升是由于对应此样品的电解沉积的电压时间关系曲线中，未出现使MoS2大 量在孔中析出的电压恒定期，MoS2沉积量较少的缘故。这样，在表面难形成MoS2润滑层而 使4连续下降。若控制后处理条件并与化学浸渍法相结合，使MoS2在孔中大量析出，则在 磨损过程中膜表面很快形成MoS2润滑层，使4的初始值大大降低，之后发生4连续下降。这 种处理还使表面变得平整，只发生轻微的磨损，膜与钢球的磨合也很轻微，即这种处理不仅 降低了膜的摩擦系数改善了润滑条件，同时还提高了耐磨性。图5分别列出了这种处理的样 品的4一N曲线。关于这部分中MoS2在孔中的分布，电解沉积工艺的影响及电压一时间关系 曲线等有关内容，详见我们的另一篇文章(13)。 21

荷增加 时冲击作 用增强 , 加快 了次表 层 中裂纹的扩展和膜的 层状脱落 。 2 . 3 摩擦 副 相对 滑动速 度的影 响 测 定产时 , 一般 使钢球旋转半径 r在 巧 一 Z o m m 范 围 。 当使 : 二 3 0 m m 时 , 施 加 30 9 载荷时 测 得的声一 N 曲线 也列在图 a2 中〔 p 二 30 9 , , : 〕 。 比较可知 , 同样转速下 , 增大钢 球旋 转 半径 使 产增大 , 且曲线形式发生了变化 : 由直线上升后趋于恒 定值 的形式转变成 了阶跃增大和 平 缓变化交替的周期性的变化形式 。 这是 由于增大旋转半径相 当于增大摩擦副相 对 滑 动 速度 ( 转速不变时 ) , 同样载荷下膜 受的 冲击 作 用增大 , 加剧 了次表层 中裂纹的 产生 和扩展 , 引 起 了膜层状脱落 , 因此 出现八 的周 期性变 化 。 即加快相 对滑动速度相 当于对膜加荷 。 2 。 4 膜 的微孔 中沉 积 Mo S Z 对摩擦 系数的影 响 _ 万 叹 。 巨叮二 一匕一 厂 - 不 { { 衍一~ 叔一~ ~ 足 圣\ 一 户 . ` ~ ~ 知~ `二 ~厂 二 剐 勺 -一一叹履卜 \ 尸 万 们 ` l 一图 4 3 手 样品 的摩擦系数 与 圈盘转数 的关 系 F 19 . 峨 R e l a t i o n s h i P b e t w e e n f r i c t i o n e o e f f i e e n t a n 己 r e v o l u t i o n 0 n 3 t 图 弓 纯 招 阳 极膜 的摩擦系数变 化 曲线 ( 电解和化 学沉 积 M o S Z 后) F 19 . 5 F r i c t i o n P r o P e r t i e s o f t h e a n o d 王e f i l m o n P u r e A I ( a f t e r e l e e t r o d e P o s i t i n g a n d e h e m i e a l t r e a t m e n t 图 4 为 电解沉 积了 M o S Z 的 3号样品 的片 N 曲线 。 对比图 2 可看 出 , 同样对磨次数时 , 沉 积 M o sz 的 样品 产值较 小 , 且户 的增加 速度也较 慢 。 这表 明M o S Z起到 了一定 的 润 滑 作用 。 沉 积M o S Z 后声仍 然上 升是 由于对应 此样品 的 电解 沉积 的电 压时 间关系 曲线 中 , 未 出 现使M o S : 大 量在 孔 中析 出的 电压恒定 期 , M o S Z沉 积 量较少 的缘故 。 这样 , 在表 面难形 成 M o S Z 润滑层 而 使声 连续下降 。 若控制 后处 理条 件并与 化学浸 渍法相 结 合 , 使M o S Z在孔 中大 量 析 出 , 则 在 磨损 过程中膜表 面很快 形成M oS Z润 滑层 , 使娜的初 始值大 大降低 , 之 后 发生声连 续下降 。 这 种处理还使表 面变得平整 , 只发生轻 微的磨损 , 膜与钢 球 的磨合也很轻 微 , 即 这种处理不仅 降低了膜 的摩擦系数改善了润滑条 件 , 同时还 提高了耐磨性 。 图 5 分别列 出了 这 种处理的样 品的声一 N 曲线 。 关 于这部分 中M o S Z在 孔 中的 分布 , 电解沉积 工艺的影 响及 电 压一时间关系 曲线等有关 内容 , 详 见我 们的 另一篇文 章 〔 ` “ ’

了结论 阳极氧化膜的摩擦系数与阳极氧化条件和膜的力学性能有关。膜硬度增加使摩擦系数趋 于增大。磨损过程中，摩擦系数趋于增大，其间周期性地出现阶跃上升和平缓变化两种形式 交替的变化过程。这是膜的次表层中发生的破坏与表面磨合共同作用的结果。加荷量影响膜 最表层和次表层的破环程度，高载荷使摩擦系数增加。加大相对滑动速度相当于加载。膜的 孔中含有MoS:后，其摩擦系数降低，耐磨性提高。 致谢：上海材料研究所八室主任任寿汉章高工和王翠英工程师为摩擦实验提供了方便，寿议章和萧布老师对实验 结果的分析提出了许多良好建议，在此表示衷心惑谢。 参考文献 1 Alves C E.Ph.D,Thesis.UMIST,1974 2 Gohausen H J.Trans,Inst.Met.Finish.,1978,56:57 3 Wernick S and Pinner R,In "The Surface Treatment and Finishing of Aluminium and Its Alloy",4th ed,,Robert Draper Ltd,,Teddington 1972 4石禾和夫，前鸣正受。金属，1982,27(7) 5〔罗)伊万、伊留克、薄层摩擦学，北京：机械工业出版社，1986 6 Alvey C E,Wood G C and Thompson GE.In "Proceedings 10th World Congress on Metal Finishing",ed,S.Haruyama,pp,275~280,Metal Fini- shing Soc,Japan,Tokyo 1980 7褚武扬。断裂力学基础，北京，科学出版社，1979 8余宗森，田中卓。金属物理，北京：治金工业出版社，1982 9 Tajima S.In "Advance in Corrosion Scienc and Techuology",ed, M.G.Fontana and R.W.Staehle,Vol,1,p229,Plenum,New York 1970 10 Hill H N,Mason R B,Metals and Alloys,1942,15:972 11 Dobson P S:Wilman H,Brit.J.Appl.Phys.,1963,14:132 12刘海平，徐源，张文奇。铝多孔型阳极氧化膜在(NH4)2MoS4水溶液中二次阳极电 解沉积固体润滑剂MoS2的研究，待发表 82

3 结 论 阳 极氧化膜的摩擦系数与阳极氧化条件和 膜 的力学性能 有关 。 膜硬度增加 使摩擦系数趋 于增 大 。 磨 损 过程中 , 摩擦系数趋于增大 , 其 间周 期性地 出现阶跃上升和平缓变化两种形式 交替的变 化过程 。 这是膜的 次表层 中发生的破坏与表 面磨合共同作 用的结果 。 加荷量影响膜 最表层和次表 层的 破坏程度 , 高载荷使摩擦系 数增加 。 加大相 对滑动速度相 当于加载 。 膜的 孔 中含有 M o S : 后 , 其摩擦系数降低 , 耐磨性 提高 。 致谢 : 上海材料研究所八室主任任寿汉章高工和王翠英工程师为靡擦实验提供 了方便 , 寿 汉章和萧布老师 对实验 结果 的分析提出了 许多 良好建议 , 在此表示衷心 感谢 。 参 考 文 献 I A l v e s C E . P h . D 。 T 五e s i s 。 U M I S T , 1 9 7 4 2 G 6 h a u s e n H J . T r a n s . I n s t 。 M e t 。 F i n i s h 。 , 1 9 7 8 , 5 6 : 5 7 3 W e r n i e k S a n d P i n n e r R . I n “ T h e S u r f a e e T r e a t m e n t a n d F i n i s h i n g o f A l t m i n i u m a n d I t s A ll o y , , , 4 t h e 通 . , R o b o r t D r a p e r L t d . , T e d d i n g t o n 1 9 7 2 4 石禾和夫 , 前 鸣正 受 。 金属 , 1 9 8 2 , 2 7 ( 7 ) 5 〔罗〕伊万 、 伊 留克 、 薄层摩 擦学 , 北京 : 机械工业 出版社 , 1 9 8 6 6 A l v e y C E , W o o d G C a n d T h o m p s o n G E . I n ` P r o e e e d i n g s i o t h w o r l d C o n g r e s s o n M e t a l F i n i s h i n g , , e d , S . H a r u y a m a , p p , 2 75 一 2 8 0 一 M e t a l F i n i - s h i n g S o e , J a p a n , T o k y o 1 9 8 0 7 褚武 扬 。 断裂力学基础 , 北京 , 科 学出版社 , 1 9 7 9 8 余宗 森 , 田 中卓 。 金属物理 , 北京 : 冶 金工业出版社 , 1 9 8 2 9 T a j i m a S 。 I n “ A d v a n e e i n C o r r o s i o n S e i e n e ” a n d T e e h n o l o g y ” , e d - M . G . F o n t a n a a n d R . W . S t a e il l e , V o l 。 1 , p 2 2 9 , P l e n u nz , N e w y o r k 1 9 7 0 1 0 H i ll H N , M a s o n R B . M e t a l s a n d A ll o y s , 1 9 4 2 , 1 5 : 9 7 2 1 1 D o b s o n P S : W i lm a n H . B r i t . J 。 A p p l 。 P h y s . , 1 9 6 3 , 1 4 : 1 32 12 刘 海平 , 徐 源 , 张文 奇 。 铝多孔型 阳极 氧化膜在 ( N H ` ) : M o S ` 水溶液中二次阳极 电 解沉积 固体润滑剂 M o S : 的研究 , 待发 表