·356 北京科技大学学报 第36卷 100um 图3锰方硼石球磨前()、后(b)的扫描电子显微镜照片 Fig.3 SEM images of chambersite before (a)and after (b)ball milling 烧结过程中较大颗粒的空隙由小颗粒填充，小颗粒 增加，呈上升趋势，还未达到极大值 的空隙由更小颗粒填充，如此逐级填充更有利于锰 0.65 方硼石形成较致密的堆积状态，从而提高锰方硼石 0.60 摩擦片的综合性能。 0.55 2.2锰方硼石摩擦片样品的摩擦性能 摩擦实验结果如图4和图5所示.图4是锰方 盖0 硼石摩擦片样品分别在载荷为2、3、4和5N,转速为 0.40 600rmin-'条件下，测试l0min所得的平均摩擦因 0.35 数曲线图，图中的每一个点是去除摩擦初始阶段平 030 均摩擦因数值.随着载荷的增加，平均摩擦因数值 2 300 400500600700800 转速rmin 逐渐增大.这是由于在载荷较小的情况下，摩擦副 图5平均摩擦因数随转速的变化曲线 表面相互划擦与碰撞相对严重，摩擦因数在一定小 Fig.5 Variation in the average friction coefficient with rotating speed 载荷范围内呈上升趋势 通过改变载荷和转速得出的数据显示，锰方硼 0.7 石试样的平均摩擦因数范围为0.2~0.6，与锆英 0.6 石因(0.3-0.5)和氧化铝m(0.5-0.8)作为摩擦 材料填料的摩擦因数相近，由于锰方硼石的物理性 0.4 能与这两种矿物相近，因此锰方硼石在摩擦材料方 面的应用可以参照锆英石和氧化铝，锰方硼石有望 在摩擦材料填料方面取得新的研究进展. 0.2 2.3磨屑形貌及摩擦机理 0叫5202占303540455055 图6为锰方硼石试样在载荷5N下，转速从 载荷N 400~600r·min-的磨屑形貌以及500r·min-1的 图4平均摩擦因数随载荷的变化曲线 磨痕扫描电镜照片.由图中的磨屑形貌可以看出： Fig.4 Variation in the average friction coefficient with load 较低转速下(400r·min-l)磨屑颗粒的相差较大， 图5为锰方硼石摩擦片样品在实验载荷为5N 在特大块状颗粒表面附着许多的细小颗粒：在转 的条件下随转速变化(300~700r·min-1)的摩擦曲 速达到500rmin1时，大块状的颗粒明显减少，主 线图.对于一般弹性接触状态的摩擦副，摩擦因数 要为细小的颗粒，与图6(a)对比明显：而实验转速 随着滑动速度增加，越过一极大值，然后降低：但载 达到600rmin'时，明显看到磨屑均匀，呈块状分 荷极小时，摩擦因数随滑动速度的增大曲线只有上 布.分析此现象产生的原因：由于锰方硼石的硬度 升部分，在极大的载荷条件下，曲线只有下降的部 较大，在低转速下，磨料与锰方硼石基体发生微观 分囚.本实验中样品为锰方硼石，属于陶瓷类，在其 切削作用，对表面产生犁刨作用，产生大块状磨 表面摩擦只存在弹性接触，而实验载荷5N属于载 屑；当转速增加，磨料与表面接触时最大压应力超 荷极小的情况，样品的摩擦因数随着转速的增大而 过磨屑的压碎强度，大块状磨屑不断被碾碎，并填北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 图 3 锰方硼石球磨前( a) 、后( b) 的扫描电子显微镜照片 Fig． 3 SEM images of chambersite before ( a) and after ( b) ball milling 烧结过程中较大颗粒的空隙由小颗粒填充，小颗粒 的空隙由更小颗粒填充，如此逐级填充更有利于锰 方硼石形成较致密的堆积状态，从而提高锰方硼石 摩擦片的综合性能． 2. 2 锰方硼石摩擦片样品的摩擦性能 摩擦实验结果如图 4 和图 5 所示． 图 4 是锰方 硼石摩擦片样品分别在载荷为 2、3、4 和 5 N，转速为 600 r·min － 1条件下，测试 10 min 所得的平均摩擦因 数曲线图，图中的每一个点是去除摩擦初始阶段平 均摩擦因数值． 随着载荷的增加，平均摩擦因数值 逐渐增大． 这是由于在载荷较小的情况下，摩擦副 表面相互划擦与碰撞相对严重，摩擦因数在一定小 载荷范围内呈上升趋势． 图 4 平均摩擦因数随载荷的变化曲线 Fig． 4 Variation in the average friction coefficient with load 图 5 为锰方硼石摩擦片样品在实验载荷为 5 N 的条件下随转速变化( 300 ～ 700 r·min － 1 ) 的摩擦曲 线图． 对于一般弹性接触状态的摩擦副，摩擦因数 随着滑动速度增加，越过一极大值，然后降低; 但载 荷极小时，摩擦因数随滑动速度的增大曲线只有上 升部分，在极大的载荷条件下，曲线只有下降的部 分［5］． 本实验中样品为锰方硼石，属于陶瓷类，在其 表面摩擦只存在弹性接触，而实验载荷 5 N 属于载 荷极小的情况，样品的摩擦因数随着转速的增大而 增加，呈上升趋势，还未达到极大值． 图 5 平均摩擦因数随转速的变化曲线 Fig． 5 Variation in the average friction coefficient with rotating speed 通过改变载荷和转速得出的数据显示，锰方硼 石试样的平均摩擦因数范围为 0. 2 ～ 0. 6，与锆英 石［6］( 0. 3 ～ 0. 5) 和氧化铝［7］( 0. 5 ～ 0. 8) 作为摩擦 材料填料的摩擦因数相近，由于锰方硼石的物理性 能与这两种矿物相近，因此锰方硼石在摩擦材料方 面的应用可以参照锆英石和氧化铝，锰方硼石有望 在摩擦材料填料方面取得新的研究进展． 2. 3 磨屑形貌及摩擦机理 图 6 为锰方硼石试样在载荷 5 N 下，转 速 从 400 ～ 600 r·min － 1 的磨屑形貌以及 500 r·min － 1 的 磨痕扫描电镜照片． 由图中的磨屑形貌可以看出: 较低转速下( 400 r·min － 1 ) 磨屑颗粒的相差较大， 在特大块状颗粒表面附着许多的细小颗粒; 在转 速达到 500 r·min － 1时，大块状的颗粒明显减少，主 要为细小的颗粒，与图 6( a) 对比明显; 而实验转速 达到 600 r·min － 1时，明显看到磨屑均匀，呈块状分 布． 分析此现象产生的原因: 由于锰方硼石的硬度 较大，在低转速下，磨料与锰方硼石基体发生微观 切削作 用，对 表 面 产 生 犁 刨 作 用，产 生 大 块 状 磨 屑; 当转速增加，磨料与表面接触时最大压应力超 过磨屑的压碎强度，大块状磨屑不断被碾碎，并填 · 653 ·