孙 魏, 刘小君, 刘 焜, 叶家鑫

(合肥工业大学 摩擦学研究所, 安徽 合肥 230009)

聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene, PTFE)以其良好的自润滑性和优异的化学稳定性而著称，是理想的固体润滑材料[1].但是纯PTFE的承载强度低，这使其在一般摩擦过程中表现出较高的磨损率，严重限制其应用范围[2].因此PTFE常常和许多材料共混以保留其优异摩擦特性的同时提高其耐磨性能.早期的研究认为，使用纳米尺寸颗粒作为填料并不能有效抑制PTFE复合材料亚表面裂纹的生成和表面裂纹扩展，因此不能显著提高复合材料的耐磨性能[3-4].然而，Burris等[5]却发现使用少量(质量分数约1%)纳米氧化铝(Al2O3)颗粒作为填料可以使PTFE的磨损率降低约4个数量级[1×10-7mm3/(N·m)]，这一显著的减磨效果立刻引起摩擦学领域的关注[6-7].

相比较使用其他的纳米填料(如二氧化钛和铜粉)，纳米氧化铝颗粒的添加不仅改善了聚合物的机械性能，同时还能在摩擦界面促进生成高度羧酸盐化的转移膜[8-9].Alam等[10]发现，在失去转移膜的保护后，Al2O3/PTFE纳米复合材料的磨损率提高了约100倍[5×10-5mm3/(N·m)].Harris等[11]认为这一高度羧酸盐化的转移膜来源于PTFE的断链和一系列涉及环境水氧参与的摩擦化学反应.Onodera等[12-13]通过密度泛函计算发现金属氧化物表面的路易斯酸位点可以使PTFE分子末链脱氟，这在一定程度上促进了高分子链的降解和羧酸基团中间产物的生成.迄今为止，研究人员对Al2O3/PTFE低磨损体系进行了诸多机理研究，但这些机理往往只针对这一材料，并不具备普适性的研究价值……