固体润滑国家重点实验室（LSL）知识库

    微动摩擦是摩擦学的一个重要分支，是人们研究材料损伤从静止到运动的一个重要环节。随着尖端技术的迅速发展，对材料的精度、效率、使用寿命以及可靠性的要求越来越高。在长期使用过程中，聚合物摩擦件不可避免地会受到微动损伤。但长期以来对材料微动损伤的研究主要集中在金属合金方面。如果将有关金属的微动损伤理论应用到聚合物上又是不完全适用的。因此，有必要研究聚合物在微动磨损环境下的损伤特性及规律。

    本论文采用SRV-IV微动摩擦磨损试验机，研究了几种典型工程聚合物材料在微动磨损条件下的摩擦学行为，讨论了在滑动和微动两种测试条件下材料损伤机制的区别；考察了表面粗糙度、载荷、振幅、频率、温度等测试参数对其微动磨损性能的影响规律，以及微动损伤机理的变化；同时研究了多种填料增强的UHMWPE和PEEK复合材料的微动摩擦学性能，讨论了微观结构、填料尺寸、协同作用、力学性能等对其微动磨损性能的影响；在此基础上，对耐微动环境的多元共混复合材料进行了探索研究。论文主要研究结论如下：

    1.材料的往复滑动磨损性能明显不同于其微动磨损性能。由于在微动磨损过程中产生的热量不易及时散出，导致聚合物表面温度达到一个较高值，引起更为严重的粘着磨损，所以在微动磨损条件下，聚合物的磨损率要高于在滑动磨损条件下的，如UHMWPE、PHBA。而对于PTFE、PEEK和PI，在微动过程中形成的转移膜具有减摩抗磨作用，因此它们在微动条件下的磨损率要低于在滑动条件下的。

    2.UHMWPE的微动摩擦学性能与其表面粗糙度、载荷和振幅密切相关。粗糙度过小或过大都不利于UHMWPE材料表现出良好的微动摩擦学性能。在载荷为18N时，材料发生了由低磨损到高磨损的突变。UHMWPE在200μm处，发生了磨损机制的转变。

    3.填料的加入显著改变了UHMWPE的微观结构，基体的连续性受到破坏，导致其拉伸强度和断裂伸长率减小。增强相填料如CF、MCNTs的加入提高了材料的承载能力，降低了材料的磨损率。润滑相填料如CFx、PTFE的加入，因其自身优异的自润滑性能，可降低材料的摩擦系数。将增强相CF和润滑相PTFE复合填充，两者产生协同作用，复合材料在微动磨损条件下表现出优异的减摩耐磨性能。而且CF和UHMWPE基体之间具有独特的界面结构，加入PTFE可进一步提高CF和基体之间的界面结合强度。

    4.在考察温度对PEEK耐微动磨损性能的影响时发现，磨损有助于提高摩擦表面的结晶度，而结晶度的提高可进一步影响PEEK的摩擦学性能。通过高锰酸钾刻蚀技术发现，由粘着磨损引起的塑性变形的主要成分是无定形相。在研究载荷和频率对PEEK耐高温微动磨损性能的影响时发现，在高温实验过程中，PEEK表面发生了严重的粘着磨损和疲劳磨损，而且随着载荷或频率的增加，界面损伤越来越严重。

    5.填料（如CF、PTFE和GF）的加入可有效改善PEEK复合材料的耐微动磨损性能。不同填料的不同尺寸在微动条件下的增强效果存在显著差异，微米CF对材料耐磨性提高的效果要优于纳米CF，而纳米PTFE的增强效果要优于微米PTFE。