润滑介质及基体对不同厚度PTFE_PI-PAI涂层的摩擦性能.pdf

Feb.CHINASURIGINEERING20242024年2 月Vol.37No.1国面中表程第37 卷第1期doi:10.11933/j.issn.1007-9289.20230313001润滑介质及基体对不同厚度PTFE/PI-PAI涂层的摩擦性能涂传坤1曹均1,2朱曼昊?叶佩青1,3谢京杉 4（1.宁波大学机械工程与力学学院宁波315211;2.西南交通大学材料科学与工程学院成都315016;3.清华大学机械工程学院完北京100084;4.中原内配集团轴瓦股份有限公司孟州454750)摘要：船舶发动机轴瓦在受到炮弹攻击后处于极端工况，造成轴瓦失效破坏。传统的电镀镀层和磁控溅射薄膜因存在高污染、高成本等缺点，目前函须寻求新的解决方案来提高轴瓦在极端工况下的耐磨性能。针对轴瓦因炮击而处于极端工况，设计了ZrO2填充PTFE/PI-PAI的涂层材料，采用液体喷涂工艺在A370铝合金和CuPb22Sn2.5铜合金基体表面制备三种不同厚度涂层，研究涂层在不同润滑介质下的摩擦学性能。结果表明，涂层的摩擦学性能受到涂层硬度、润滑介质及基体支撑作用影响，涂层的硬度及弹性模量随厚度的增加呈现递减的趋势。涂层越厚，基体的支持作用越小。在油润滑工况下，铜合金基体上涂层摩擦因数及磨损率均小于铝合金，润滑油是涂层摩擦性能最主要影响因素。在海水工况下，涂层主要表现为磨粒磨损，并出现明显的犁沟现象。铜合金基体上涂层的摩擦因数高于铝合金，海水腐蚀和高频往复摩擦带来的冲刷作用是摩擦性能主要影响因素。在干摩擦工况下，涂层以黏着磨损为主。涂层的硬度受到基体支撑的影响，高频往复运动中硬质对磨球与硬质基体夹击软质涂层和接触压力是摩擦性能主要影响因素。通过涂层与合金摩擦因数对比，可知30 m涂层能够大幅度地降低轴瓦材料的摩擦因数，有利于提高船舶发动机轴瓦在极端工况的摩擦学性能。阐明了基体对不同厚度自润滑涂层的支撑机理，分析了涂层在极端工况下受到轰击后的摩擦学性能，确定了船舶发动机轴瓦涂层的最佳设计厚度。关键词：涂层厚度；润滑介质；基体支撑；摩擦行为；磨损机制中图分类号：TG156；T B114Tribological Properties of PTFE/PI-PAI Coatings with Different Thicknessunder Different Lubricating Medium and SubstrateTU Chuankun ICAO Jun I1,2ZHU MinghaoYE Peiqing1,3XIE Jingshan4(1.College of Mechanical Engineering and Mechanics,Ningbo University,Ningbo 315211,China;2.College of Materials Science and Engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu 315016,China;3.College of Mechanical Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China;4.Zhongyuan Inner Parts Group Bearing Co.,Ltd.,Mengzhou 454750,China)Abstract:As ships are attacked by shells or come in contact with reefs,the engine compartment experiences extreme working基金项目：国家自然科学基金（52 0 0 52 7 3）；浙江省自然科学基金（LQ20E050007）；宁波市揭牌指挥重点研发计划（2 0 2 2 Z050)；湖南省科技创新项目（2 0 2 2 RC4016）。Fund:National Natural Science Foundation of China(52005273);Provincal Natural Science Foundation of Zhejiang(LQ20E050007);Ningbo Key Researchand Development Program of Unveiling and Commanding(2022Z050);Hunan Science and Technology Innovation Project(2022RC4016).收稿日期：2 0 2 3-0 3-13；修改日期：2 0 2 3-0 4-18；接受日期：2 0 2 3-0 8-30；上线日期：2 0 2 3-12-15。Received March 13,2023;Revised April 18,2023;Accepted in revised form August 30,2023;Available online December 15,2023.引用格式：涂传坤，曹均，朱曼昊，等。润滑介质及基体对不同厚度PTFE/PI-PAI涂层的摩擦性能 .中国表面工程，2 0 2 4，37(1)：2 2 5-2 39.Citation format:TU Chuankun,CAO Jun,ZHU Minghao,et al.Tribological properties of PTFE/PI-PAI coatings with different thickness under differentlubricating medium and substrateJ.China Surface Engineering,2024,37(1):225-239.226面中2024年表程国conditions,such as oil lubrication,seawater corrosion,and even dry sliding wear.To improve the tribological performance of a shipsengine bearing under extreme working conditions and ensure the smooth return of the ship afer damage,we designed a polymercoating consisting of PTFE/PI-PAI and ZrO2.Three different coatings of different thicknesses were prepared using liquid spraying onthe surfaces of the A370 aluminum alloy and CuPb22Sn2.5 copper alloy.The tribological performance of these coatings with differentlubricating media was studied.The performance of the coatings was evaluated based on their physical phase composition,microstructure morphology,element distribution,bond strength between the coating and substrate,nano-hardness,Youngs modulus,and frictional wear behavior.The tribological properties of the coatings were investigated using various lubricating media.The resultsshowed that the physical phase and solid distribution of the coatings were not influenced by variations in the coating thickness.Thehardness and elastic moduli of the coatings decreased with increasing coating thickness,and the hardness of the coating on the copperalloy substrate was higher than that on the aluminum alloy substrate.The thicker the coating,the less supported the action of the hardsubstrate.Compared with coating under 20 m thickness,the supporting effect of coating under 50 m thickness on the aluminumalloy and copper alloy substrate was increased by 1 297.78%and 1 767.98%,respectively.The coefficients of friction(CoFs)andwear rates of the coatings on the copper alloy substrate under oil-lubricated conditions were lower than those on the aluminum alloysubstrate.The wear rate of the coatings decreased with increasing coating thickness.The maximum variation in the CoFs of thecoatings with different thicknesses on different substrates was only 3.33%.Oil lubrication is a key factor resulting in these frictionalproperties.Abrasive wear and significant plowing were observed under corrosive seawater conditions.The CoFs of the coatings on thecopper alloy substrate were higher than those of the coatings on the aluminum alloy substrate.Seawater corrosion and the effect ofseawater scouring during high-frequency reciprocating frictional movements were the main factors influencing frictional performance.The wear mechanism of the coating under dry sliding was primarily adhesive wear.The coating entered stable wear at 600 s under drysliding wear,which occurred later than under seawater conditions.Adhesive wear is the main reason for this observation.Thehardness of the coating was influenced by the supporting action of the substrate.The tribological performance of the copper alloycoating was better than that of the aluminum alloy coating.The pinch action from the high-frequency reciprocating motion of the hardgrinding ball to the soft coating on the hard substrate and the contact pressure were the main factors.The marine engine bearing hadthe best tribological performance under the coating with 30 m thickness prepared on the copper alloy substrate.Compared with theCoF of the copper substrate,the CoFs of the coatings under dry sliding wear and seawater decreased by 72.16%and 36.07%,respectively.The tribological performance of marine engine bearings under extreme conditions can be improved using this coating.Inthis study,the support mechanism from the substrate to self-lubricating coatings with different thicknesses was elucidated.Thetribological performance of the coating under extreme conditions was analyzed,and the optimum coating thickness on a marineengine bearing was determined.Keywords:coating thickness;lubricating medium;substrate support;frictional behavior;wear mechanism0前言船舰受到炮击后能够在一定时间内顺利返航是船员生命健康的重要保障之一。发动机是船舰最容易受到攻击的目标，当机舱受到攻击后，发动机轴瓦处于油润滑、海水腐蚀甚至空气冲击波造成的干摩擦状态，这对船舶安全返航增加了困难。铝合金、铜合金等高摩擦因数的合金是当前发动机轴瓦使用最普遍的材料 1-2 。ALIDOKHT等 3 研究表明，A356铝合金在2 5N法向载荷下的室温干滑动摩擦因数为0.6 8 2。边培莹等 4 研究表明，ZL104铝合金在1.5N法向载荷下的平均干滑动摩擦因数为0.58 8。UNLU等 5 研究表明，铜合金在10 N载荷下的室温干滑动摩擦因数为0.7 9。MOAREF等 6 研究表明，铜合金在10 N载荷下的室温干滑动摩擦因数为0.813。为提高轴瓦摩擦性能，国内使用广泛的表面处理工艺是电镀技术 7-8 。ZOU等 9 在2 0 2 4铝合金上制备了电镀类金刚石薄膜，在2 N载荷和10 cm/s滑动速度下镀层的平均摩擦因数相比于基体下降了77.78%。R E ZA E I等 1 在A356铝合金上制备了50m厚度的镍铝镀层，在15N载荷和0.1m/s滑动速度下，其平均摩擦因数相比基体下降了42.86%。BHA T 等 研究了在铜合金上制备Cu-Graphite镀层，在载荷为5N的干滑动摩擦工况下，其平均摩擦因数相比于基体下降了7 6.2 5%。WANG等 12 研究了在铜合金上制备Ti-A1镀层，在载荷为7.5N的干滑动摩擦工况下，其平均摩擦因227涂传坤，等：润滑介质及基体对不同厚度PTFE/PI-PAI涂层的摩擦性能第1期数相比基体下降了6 2.5%。以上研究表明电镀镀层能够提高轴瓦合金的摩擦学性能，但电镀溶液是高污染源，在“十四五”绿色生活生产要求下，轴瓦呕需绿色环保型表面处理技术。目前以美国辉门、奥地利米巴及日本大丰工业为带头的轴瓦企业采用的是多聚物涂层技术，降低了轴瓦的磨损，延长了轴瓦的使用寿命。SUZUKI等 13 在AC8A铝合金表面制备了聚酰胺酰亚胺（PAI）填充尼龙和石墨的涂层，在5N载荷和0.1m/s滑动速度的油润滑工况下，其最低摩擦因数为0.0 2 2。ZHANG等 141利用二硫化钼和石墨填充聚酰亚胺（PI）在LY-12铝合金表面制备涂层，在12 0 N载荷和2 0 0 r/min滑动速度干摩擦工况下，其最低摩擦因数降至为0.141。JIANG等 15研究表明，在铜合金表面制备聚苯硫醚（PPS）涂层，在6.9 2 MPa接触应力和2 2 0 0 r/min滑动速度的油润滑工况下，其最低摩擦因数为0.10 2。上述研究表明，多聚物涂层能够有效降低铝、铜合金的摩擦因数，但现有多聚物涂层是否能够满足船舰轴瓦面临的突发极端工况下的使用要求尚不明确，最佳涂层厚度也未指明。为此，以PI、环氧树脂（EP）、PA I 为黏结剂，以聚四氟乙烯（PTFE）和石墨（G）作为润滑填料，并添加氧化锆（ZrO2）硬质颗粒作为耐磨材料，设计润滑抗磨的多聚物涂层。采用液体喷涂技术，在轴瓦最常用的A370铝合金和CuPb22Sn2.5铜合金上制备三种不同厚度的涂层，并通过油润滑、海水腐蚀及干摩擦模拟极端工况考察新设计的涂层摩擦磨损性能。1试验1.1涂层材料和制备涂层材料详细信息如下：PI、PA I，东莞市双富塑胶有限公司；EP，广州市共赢化工有限公司；PTFE，东莞市展阳高分子材料有限公司；石墨和ZrO2，中迈金属材料有限公司；N,N二甲基甲酰胺，无锡市亚泰联合化工有限公司。制备多聚物涂层的溶剂为N,N二甲基甲酰胺、丙酮和稀释剂的混合溶液，其中PI、PA I 和EP起粘结作用，PTFE和石墨起润滑作用，ZrO2为增强相起耐磨作用，以期涂层具有良好的润滑耐磨性能。由于研究重点在于不同厚度涂层在不同基体上，面向不同极端工况的摩擦学性能。因此，参照作者前期涂层成份设计成果，涂层具体成份如表1所示 16 。其制备步骤如下：首先将N,N二甲基甲酰胺、稀释剂和丙酮按4：3：6.8配置溶剂；其次把PAI、PI 和EP按4.5：5.5：4加进盛有配置溶剂的球磨罐中，在KE-0.4L行星式球磨机中球磨8 h，球磨机转速为40 0 r/min；然后将石墨、PTFE、Zr O 2 按3：3：5加入球磨罐内球磨8 h；最后将助剂加入球磨罐内继续球磨16 h得到涂料。表1涂料的成分及含量（质量分数）Table1Composition and Content of coating(g)Binder(A)Lubrication(B)Filler(C)C/(A+B+C)PAI+PI+E44PTFE+GZrO2/wt.%146520首先，将基体经过丙酮清洗以去除表面油脂和杂质；其次，将干燥后的基体进行喷砂，以提高基体与涂层的结合强度，喷砂材料为Al2O3刚玉，喷砂压力为（0.3土0.1）MPa，得到基体的表面粗糙度Ra=（0.9 土0.2）m；然后，通过丙酮超声波清洗去除基体表面砂砾；随后，将干净的基体预热到9 0；采用液体喷涂工艺制备涂层，其中喷枪型号为JGX-502，喷涂压力为0.30.1MPa，喷涂距离为220土2 0 mm，喷涂角度为8 5土5；最后，将所有试样经过2 10 保温2 h。将铝合金基体上制备的202m、30 2 m和50 2 m厚度的涂层分别标记为A-20、A-30 和A-50；将铜合金基体上制备三种涂层厚度的涂层分别记为C-20、C-30 和C-50。1.2结构表征及力学性能测试采用XRD衍射仪（D8advance，Br u k e r,Germany）表征涂层的物相，利用Cu靶在线扫描模式下采集数据，电流为40 mA，电压为40 kV，步长为0.0 2，衍射角（2 0）扫描范围为10 9 0；将试样在F-VD600抛光机上进行同一工况抛光试验，然后对同一批次的试样采用扫描电镜（SU500,Hitachi，Ja p a n）表征涂层的截面形貌；用光学显微镜对涂层磨痕表面进行观察分析；采用纳米压痕仪（T I Pr e mi e r,Hy s i t r o n，A me r i c a）测试涂层的硬度，试验载荷为1Nl17，保压时间为2 s，随机测试3个数据点取平均值为最终结果。参照GB/T9286一1998色漆和清漆划格法附着力试验来测试涂层的结合强度。1.3摩擦磨损性能表征采用高频往复摩擦磨损试验机（CMS-01，北京朝阳高科应用技术研究所有限公司）来评估涂层在不同润滑介质下的摩擦磨损性能。采用球面接触的摩擦方式进行往复摩擦运动试验。本文以ISBE4船用发动机为例，其轴瓦常见负载为7 5MPa。设定试验负载为2 N，通过赫兹接触应力计算摩擦副负载接近于发动机轴瓦工况。发动机主轴的额定转速为3000r/min，在摩擦试验中使用50 Hz的往复运动228面中表2024年国程频率。为了加速磨损失效，使用了1mm的往复滑动距离行程，试验具体参数见表2。利用3D表面轮廓仪（Rtec Instruments,Inc,America）对磨痕轮廓进行表征，磨损率（K，单位为mmN-lm）由以下公式进行计算：VK=FL式中，V为磨损体积（mm），F为施加的载荷（N），L为总滑行距离（m）。在相同的预设测试条件下，以上摩擦磨损性能测试均进行3次并取平均值。表2摩擦试验条件Table2FrictionaltestconditionsBall diameterNormal loadSliding timeSliding distanceFrequencyTemperatureFrictionalenvironmentR/mmF/Nt/min1/mmJ/HzT/Oil lubrication6230150RTSeawatercorrosion6230150RTDry sliding wear6230150RT2结果与讨论2.1涂层物相分析由于铝、铜合金基体上涂层XRD测试结果一致，本文仅以铝合金基体上的涂层测试结果为例。三种不同厚度涂层的XRD图谱如图1所示，在2 0为2 6.6 和54.8 附件出现了明显的衍射峰，分别为润滑相石墨（111）和（2 2 2）晶面的特征衍射峰。28.2和31.5出现较强的特征峰，分别为ZrO2（-111）和（111）晶面的晶面衍射峰。分析XRD测试结果可知，虽然不同体量的液体涂料在成为不同厚度的固体涂层时需要经历2 h和2 10 高温固化过程，但固体物相并未发生改变。GA-504ZrO2A-30GA-20+ZrO2PDF#75-2078PDF#83-0940LILLILLI10203040506070809015202530 35404550 556020/()20/()(a)Global view(b)A-30partial enlargedview图1涂层X射线衍射结果Fig.1X-ray diffraction results of coatings2.2涂层微观组织形貌分析图2 为不同厚度涂层在不同基体上的截面形貌。可以看出，涂层与基体的结合界面紧密，涂层内部结构紧凑，未出现裂纹、孔洞等缺陷。从选取位置的局部放大图3（L0L5）看出，陶瓷颗粒ZrO2粉末主要以颗粒的形式分布在涂层中。图4为铝合金基体上不同厚度涂层的元素分布，从图中可以看出，涂层中各元素分散均匀，并未出现明显的聚集现象。根据AMEER研究结果可知，均匀分散的ZrO2能够促进树脂形成强大的聚合物网络，提高材料的吸能能力，限制环氧链的迁移率，缩短交联点之间的距离，从而提高涂层的结合性能 18 。通过图13结果可知，相同ZrO2含量下，改变涂层厚度对涂层的微观组织结构及固体物质分布没有影响。Bonding interfaceSubstrateBondinginterfaceBonding interfaceCoatingSubstrateSubstrateCoatingCoating10um1om10um(a)A-20(b)A-30(c)A-50229涂传坤，等：润滑介质及基体对不同厚度PTFE/PI-PAI涂层的摩擦性能第1期Bonding interfaceSubstrateBonding interfaceBondinginterfaceCoatingSubstrateSubstrateCoatingCoating10um10um10um(d)C-20(e)C-30(f)C-50图2涂层的截面形貌Fig.2Cross section of coatingsLOL1L2ZrO2OZrO25um5um5umL3L4L5Z.rO2ZrO25um5um5um图3截面选取位置局部放大微观形貌图Fig.3 Local enlarged micro-photograph at the selected position of the sectionCFZr20um20um20um20um(a)20 m thicknessCFZr20um20um20um20um(b)30 m thicknessCFZr20um20um20um20um(c)50 mthickness图4涂层的元素分布情况Fig.4Element distribution of these coatings:2302024年面中表程国2.3涂层的力学性能分析不同基体上涂层的硬度和弹性模量随厚度的变化如图5所示。涂层的硬度和弹性模量随着厚度增加均呈现下降的趋势。当涂层厚度为2 0 m时，铝合金和铜合金基体上涂层的硬度和弹性模量最大，即A-20和C-20试样的硬度分别为H=0.226GPa和H=0.227GPa，弹性模量分别为E=5.30GPa和E=5.49GPa。而当厚度持续增加至50 m时，A-50和C-50试样的硬度下降至H=0.205GPa和H=0.208GPa，弹性模量下降至E=4.31GPa和E=4.36GPa，与厚度为2 0 m涂层对比，铝合金和铜合金基体上涂层的硬度和弹性模量分别下降9.29%、8.37%和18.6 8、2 0.58%。此外，在相同厚度下，铝合金基体上涂层的硬度均小于铜合金基体上涂层。这是因为涂层的硬度受到基体支撑影响 19-2 1。涂层越薄、基体越硬，基体的支持作用就越明显 2 2-2 3 0.25Coating on the aluminium alloyCoating on the copper alloy0.200.15203050Coatingthickness/um(a)Hardness6.0Coating on the aluminium alloyCoating on the copper alloy5.55.04.54.03.5203050Coatingthickness/um(b)Elastic modulus图5涂层的力学性能Fig.5Mechanical properties of these coatings为进一步验证基体对涂层硬度的影响，利用ABAQUS对不同基体上不同厚度涂层进行力学性能分析，采用显式动力学模拟分析球磨接触有限元模型。摩擦球与涂层表面的接触面定义为摩擦接触，摩擦因数来源于摩擦磨损试验。铝合金和铜合金基体的底面设定固定，摩擦球作为刚体以平行于涂层表面10 mm/s的速度移动。在模拟过程中，在位于刚性球中心的参考点上施加2 N集中力，使其与涂层保持接触。在求解面-面接触问题时，将机械约束公式和滑动公式分别设置为运动接触法和小滑动法。在有限元分析期间，这些涂层物理性能被视为各向同性 2 4。如图6 所示，三种涂层的网格定义为八节点六面体单元，为保证计算结果精确性，在球与涂层接触的区域网格进行了细致划分。FrictionballCoatingAlloy substrateSteel-图6摩擦副的网格模型Fig.6Mesh model of the frictional pairs不同基体支撑对不同厚度涂层变形的仿真结果如图7 所示。从图中可以看出，C-20试样涂层的变形量较之A-20试样下降了2 4.6 0%，这是由于铝合金基体的硬度低于铜合金基体，因此基体支撑作用下降。随着厚度增加至30 m，A-30 和C-30试样受到基体支撑的作用出现大幅度下降，而涂层的变形量出现递增。而涂层进一步增加至50 m时，此时涂层的变形几乎不受基体支撑的影响，相较于20m厚度涂层，A-50和C-50试验的变形量分别增大了12 9 7.7 8%和17 6 7.9 8%，且变形区域分布发生了改变，涂层受到基体的支持作用下降。通过上述分析可知，不同基体支撑下涂层变形均随着涂层厚度的增加而呈现递增的趋势，同时在铝合金基体上的变形均大于铜合金基体上的变形，而涂层变形越大，其受基体支撑的影响越小，通过纳米压痕测试的硬度也越小。这与上述分析结果一致，表明涂层的硬度受到基体支撑的影响。231涂传坤，等：润滑介质及基体对不同厚度PTFE/PI-PAI涂层的摩擦性能第1期U,MagnitudeU,MagnitudeU,Magnitude十8+-+8(a)A-20(b)A-30(c)A-50U,MagnitudeU,MagnitudeU,Magnitude+十十5(d)C-20(e)C-30(f)C-50图7 不同涂层厚度在不同基体下的变形（mm）Fig.7Deformation of different substrate under different coating thicknesses(mm)图8 为不同基体上涂层的结合强度测试结果，从图8 a和8 b可以看出，涂层划痕的交叉处并未出现涂层的脱落现象。对比图中的结合强度等级表明，涂层的黏附力等级达到了国标最优0 级。因此，设计的涂层对A370铝合金和Pb22.5Sn2.5铜合金基体均具有优异的黏附性能。20.um20um(a)(b)(Level 0)(Level 1)(Level 2)(Level 3)(Level 4)图：涂层附着力测试结果与参照(a)铝合金上涂层附着力(b)铜合金上涂层附着力Fig.8 Coating adhesion test results and reference:(a)Adhesion of coating on aluminum alloy;(b)Adhesion of coating on copper alloy.2.4涂层的摩擦学性能分析2.4.1油润滑工况下的摩擦性能船舰在正常出海作业时发动机轴瓦处于油润滑工况。因此，将设计的涂层在油润滑环境进行摩擦测试，并保持测试过程润滑油浸没整个涂层试样。图9 为不同基体上不同厚度涂层在油润滑工况下摩擦因数和磨损率变化。图9 a表明，涂层能够迅速进入动态平衡阶段，在稳定磨损阶段摩擦曲线相对平稳。在铝合金和铜合金基体上涂层摩擦因数分别稳定在0.0 6 50.0 6 6 和0.0 6 0 0.0 6 2，不同基体上不同厚度涂层的摩擦因数变化范围在1.52%3.33%。从图9 b可知，在不同基体上涂层的磨损率均随着厚度的增加而呈现出递减的趋势。涂层具有亲油性能，易在其表面形成稳定的润滑油膜；同时，润滑油的黏性作用使得涂层受到的实际载荷下降；此外，润滑油会带走一部分摩擦产生的热量，降低了摩擦热产生的塑性形变，也降低了涂层的磨损，从而使涂层在油润滑工况下具有较长的耐磨寿命 2 5-2 8 。232中面2024年表国程0.087A-50A-20A-300.06C-30C-50C-20Oil lubricationLoad:2 N0.040.02L0300600900120015001800Time/s(a)Frictional curveCoating on the aluminium alloyOil lubricationCoatingonthecopperalloyLoad:2 NTime:30 min0.90.60.30103050Coating thickness/um(b)Wear rate图9涂层在油润滑工况下的摩擦曲线和磨损率Fig.9Frictional curves and wear rates of coatingsunder oil lubrication conditions2.4.2海水腐蚀工况下的摩擦性能船舰的发动机受到炮弹攻击之后，海水的浸入使得轴瓦处于海水腐蚀工况。因此，将设计的涂层在海水介质中测试其摩擦性能，并保持测试过程海水完全浸没试样。不同基体上不同厚度涂层在海水腐蚀工况下摩擦因数和磨损率随厚度的变化规律如图10 所示。图10 a可以看出，在海水腐蚀中磨损经历了跑合阶段，而在稳定磨损阶段摩擦曲线波动较大。这是因为在高频往复摩擦过程中，海水具有一定的冲刷作用，在磨损过程中可加速磨屑和ZrO2颗粒从表面脱落并形成三体摩擦 2 9-30 。在铝合金基体上涂层的摩擦因数随厚度增加呈现先增后减的趋势，而在铜合金基体上涂层的摩擦因数随厚度增加呈现递增的趋势，且相同厚度下铝合金基体上涂层的摩擦因数更小。当厚度为2 0 m时，A-20和C-20试样的摩擦因数分别为0.12 4和0.135；随着厚度增加至50 m时，A-50和C-50试样的摩擦因数上升至0.137 和0.151，此时摩擦因数波动最大，这是由于厚度的增加和涂层的硬度降低使得ZrO2颗粒更易在海水冲刷下参与到摩擦过程。由图10 b可知，当厚度为2 0 m，A-2 0 和C-20的磨损率分别为38.8910-和 16.0 110-mm.N-l。ml，A-2 0试样出现最大的磨损率，这是因为涂层被磨穿。随着厚度的增加，在铝合金基体上涂层的磨损率呈现先减后增的趋势，而在铜合金基体上涂层的磨损率呈现上升的趋势。一方面，随着厚度的增加，涂层的硬度降低，在海水的冲刷作用下使得ZrO2颗粒脱落参与到摩擦过程；此外，海水作为冷却剂可降低摩擦副的表面温度，破环了因摩擦温升使得涂层在对磨球挤压下发生塑性变形而形成的稳定转移膜，并最终导致了较高的磨损 313。海水的腐蚀也是涂层磨损的主要因素之一，图11为试样在同等条件下的海水腐蚀的形貌图，在铜合金基体上涂层在海水腐蚀下均出现了鼓泡现象，且随着厚度的增加，腐蚀所产生的鼓泡程度减小。在铝合金基体上涂层在2 0 m0.20F45Coating on the aluminium alloyC-50C-20C-30Coatingon thecopperalloy40Seawatercorrosion三0.15Load:2N35NTime:30 min300.10A-50A-3025A-20200.05SeawatercorrosionLoad:2 N1510030060090012001.5001800103050Time/sCoating thickness/um(a)Frictional curve(b)Wearrate图10涂层在海水腐蚀工况下的摩擦曲线和磨损率Fig.10Frictional curves and wear rates of coatings under seawater corrosion233等：润滑介质及基体对不同厚度PTFE/PI-PAI余层的摩擦性能涂传坤，第1期和30 m也出现了鼓泡，而在50 m时并未出现明显的鼓泡现象。相同条件下，铜合金基体上涂层的腐蚀比铝合金更为严重。C-30和C-50的磨损率均大于A-30和-A-50，这是因为铝合金具有自钝化能力，在该环境中铝合金上保护膜较为