張 斌，孫 超，孫樂(lè)民，杜三明，宋晨飛，張永振

(河南科技大學(xué) a.高端軸承摩擦學(xué)技術(shù)與應(yīng)用國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室；b.材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471023)

0 引言

眾多機(jī)械摩擦部件都會(huì)受到周圍環(huán)境磁場(chǎng)或地磁場(chǎng)的影響，如電磁制動(dòng)器[1-2]、磁懸浮列車[3]、磁盤驅(qū)動(dòng)器[4]等。國(guó)外學(xué)者進(jìn)行相關(guān)研究起步較早[5]，國(guó)內(nèi)研究雖起步晚但發(fā)展迅速[6-8]。磁場(chǎng)對(duì)摩擦磨損的干涉受諸多因素的影響，文獻(xiàn)[9]研究發(fā)現(xiàn):在磁場(chǎng)干涉下，配副材料的磁導(dǎo)率相差過(guò)大，不利于發(fā)揮磁場(chǎng)的耐磨減摩效果。文獻(xiàn)[10]發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)的方向影響配副的摩擦磨損性能。文獻(xiàn)[11]研究了磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)45#鋼摩擦磨損性能的影響，發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)強(qiáng)度增大時(shí)，摩擦因數(shù)減小、磨損率降低。文獻(xiàn)[12]研究了大氣環(huán)境和真空環(huán)境下磁場(chǎng)對(duì)鐵磁性材料的摩擦磨損性能的影響，發(fā)現(xiàn)在大氣環(huán)境下材料磨損率隨著磁場(chǎng)增大而減小?？梢?jiàn)磁場(chǎng)能夠顯著提高材料的耐磨性，并受包括摩擦材料、磁場(chǎng)條件、氣氛條件等因素的影響，但是磁場(chǎng)對(duì)材料耐磨性的影響機(jī)制，研究人員提出了不同的見(jiàn)解。

文獻(xiàn)[13]對(duì)刀具磁化處理的研究發(fā)現(xiàn)，磁化處理能有效提高刀具的耐磨性，改善切削使用性能，這主要?dú)w結(jié)于磁場(chǎng)促進(jìn)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，改善了刀具材料的力學(xué)性能[14-15]。文獻(xiàn)[16]對(duì)馬氏體鋼耐磨性的研究也提出了磁場(chǎng)促進(jìn)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)機(jī)理。文獻(xiàn)[17-19]研究發(fā)現(xiàn)：磁場(chǎng)促進(jìn)摩擦表面氧化，氧化膜的生成改善了摩擦磨損性能。文獻(xiàn)[20-21]發(fā)現(xiàn)：磁場(chǎng)促進(jìn)磨屑的吸附與氧化，形成“固體潤(rùn)滑”的效果，從而改善材料的摩擦性能。文獻(xiàn)[22]利用不同磁導(dǎo)率的摩擦配副材料進(jìn)行了試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)材料的磁導(dǎo)率也會(huì)影響磁場(chǎng)的減磨效果。

目前對(duì)磁場(chǎng)摩擦過(guò)程中磨屑的研究主要為定性分析[23]，其主要原因?yàn)樵陂_(kāi)放環(huán)境下無(wú)法收集一些粒徑較小的磨屑。因此，基于自制的磁場(chǎng)摩擦試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)了一種集屑裝置，完整收集摩擦過(guò)程中的全部磨屑，對(duì)磨屑進(jìn)行定量分析，有助于完善磁場(chǎng)摩擦磨屑吸附機(jī)理和磁場(chǎng)摩擦氧化機(jī)理。本文根據(jù)對(duì)照試驗(yàn)設(shè)計(jì)規(guī)則，設(shè)計(jì)了4組試驗(yàn)條件，分別為無(wú)磁場(chǎng)開(kāi)放環(huán)境、無(wú)磁場(chǎng)集屑環(huán)境、加磁場(chǎng)開(kāi)放環(huán)境和加磁場(chǎng)集屑環(huán)境，研究集屑裝置對(duì)45#鋼磁場(chǎng)摩擦磨損性能的影響。對(duì)銷表面以及次表層進(jìn)行了微觀表征，分析了集屑裝置對(duì)磁場(chǎng)摩擦的影響機(jī)制。對(duì)收集到的磨屑進(jìn)行了量化分析，包括磨屑質(zhì)量分析、粒徑分布分析與元素能譜分析，定量分析了磁場(chǎng)對(duì)45#鋼磨屑的影響，完善了磁場(chǎng)摩擦磨屑機(jī)理。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料及設(shè)備

此試驗(yàn)采用銷-盤式摩擦磨損測(cè)試，摩擦副材料是自配副正火態(tài)45#鋼，其主要化學(xué)成分如表1所示。

表1 45#鋼主要化學(xué)成分

摩擦磨損試驗(yàn)是在自制HY-100型銷-盤式磁場(chǎng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，設(shè)備主要機(jī)構(gòu)如圖1所示。本設(shè)備采用銷-盤式摩擦副，銷是長(zhǎng)度為40 mm、直徑為10 mm的圓柱體；盤是外徑為165 mm、內(nèi)直徑為100 mm、厚度10 mm的空心圓盤。

1.動(dòng)態(tài)扭矩傳感器；2.盤；3.銷；4.線圈；5.拉壓力傳感器；6.彈簧。

電動(dòng)機(jī)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸帶動(dòng)盤試樣進(jìn)行勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，銷試樣向前進(jìn)，由彈簧提供載荷，外加磁場(chǎng)由纏繞在鐵芯上的通電銅線圈(直流電或者交流電)產(chǎn)生，磁場(chǎng)強(qiáng)度由通電電流大小決定，外加磁場(chǎng)方向垂直于銷盤摩擦接觸面。

1.2 集屑裝置的設(shè)計(jì)

為了能完整、便捷、無(wú)污染地收集全部磨屑，集屑裝置設(shè)計(jì)和制作過(guò)程中盡量減少接縫長(zhǎng)度，底部設(shè)計(jì)為半圓弧，并且在制作完成后，對(duì)內(nèi)壁做了拋光處理。采用敞口半開(kāi)放式的設(shè)計(jì)，在保證空氣流通的情況下保持摩擦副周圍空氣環(huán)境的穩(wěn)定。原材料選用2 mm無(wú)磁304不銹鋼鋼板，在不影響外加靜磁場(chǎng)的前提下，有效屏蔽手機(jī)等電子設(shè)備的電磁干擾。

為了適配自制的HY-100型銷-盤式磁場(chǎng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，集屑裝置的尺寸設(shè)計(jì)如圖2a所示，集屑裝置安裝在HY-100型銷-盤式磁場(chǎng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)后，摩擦副整體處于集屑裝置中，如圖2b所示。

(a) 尺寸設(shè)計(jì)圖

1.3 摩擦磨損試驗(yàn)過(guò)程

本文設(shè)計(jì)了4組試驗(yàn)條件研究集屑裝置對(duì)45#鋼磁場(chǎng)摩擦磨損性能的影響，分別為無(wú)磁場(chǎng)開(kāi)放環(huán)境、無(wú)磁場(chǎng)集屑環(huán)境、加磁場(chǎng)開(kāi)放環(huán)境和加磁場(chǎng)集屑環(huán)境。試驗(yàn)在大氣環(huán)境下進(jìn)行，每組試驗(yàn)重復(fù)3次，試驗(yàn)參數(shù)如表2所示。

表2 試驗(yàn)參數(shù)

試驗(yàn)開(kāi)始前，對(duì)銷、盤試樣進(jìn)行預(yù)磨處理，具體過(guò)程如下：使用800#、1 000#砂紙對(duì)銷和盤試樣的摩擦表面進(jìn)行打磨，至試樣表面均勻平整；用丙酮擦拭銷、盤試樣的摩擦表面，并使用退磁器退磁處理；開(kāi)始預(yù)磨，時(shí)間設(shè)定為180 s。

試驗(yàn)機(jī)得到摩擦過(guò)程中的扭矩變化，通過(guò)動(dòng)態(tài)摩擦因數(shù)μ的計(jì)算公式可以得到摩擦因數(shù)，使用熱電偶方法測(cè)量了摩擦前后銷摩擦端的溫度。

其中：M為實(shí)際扭矩(排除空轉(zhuǎn)扭矩)，N·m;Fn為銷-盤試驗(yàn)接觸的法向壓力，N;R為銷-盤相對(duì)回轉(zhuǎn)半徑，m。

采用白光干涉三維形貌儀觀察摩擦磨損表面的三維形貌，并測(cè)量計(jì)算摩擦后表面的粗糙度；使用LEICA DMI8金相顯微鏡觀察磨損表面、次表層金相顯微組織變化；使用OMCC-LS909型激光粒度分析儀對(duì)磨屑的粒徑大小與分布進(jìn)行分析；采用配有能譜儀(energy dispersive spectyrometer,EPS)的JSM-7800F型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(field emission scanning electron microscope,FESEM)分析磨屑的化學(xué)元素含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 摩擦因數(shù)與磨損率

試驗(yàn)得到了4組試驗(yàn)條件下45#鋼的摩擦因數(shù)動(dòng)態(tài)曲線，如圖3所示。在有、無(wú)磁場(chǎng)條件下，動(dòng)態(tài)摩擦因數(shù)曲線呈現(xiàn)出兩種完全不同的特征。如圖3a所示，摩擦因數(shù)曲線走勢(shì)表現(xiàn)為在磨合階段快速升高，完成磨合階段的時(shí)間較短；之后達(dá)到穩(wěn)定階段，穩(wěn)定階段摩擦因數(shù)波動(dòng)較大。如圖3b所示，45#鋼磁場(chǎng)摩擦因數(shù)變化曲線具有顯著的動(dòng)態(tài)過(guò)程，變化趨勢(shì)和之前的研究結(jié)果相同[12,20,24]。對(duì)比開(kāi)放環(huán)境和集屑環(huán)境兩種條件下的摩擦因數(shù)動(dòng)態(tài)曲線可知：在無(wú)磁場(chǎng)條件下，集屑環(huán)境的摩擦因數(shù)略高于開(kāi)放環(huán)境；在磁場(chǎng)條件下，集屑環(huán)境對(duì)摩擦因數(shù)的影響較為明顯，在跑合階段摩擦因數(shù)陡增，且嚴(yán)重磨損階段快速下降，300～600 s時(shí)又出現(xiàn)一次波動(dòng)過(guò)程，過(guò)渡階段稍長(zhǎng)于開(kāi)放環(huán)境，之后摩擦因數(shù)一直低于開(kāi)放環(huán)境。

(a) 無(wú)磁場(chǎng)

4組試驗(yàn)條件45#鋼的銷位移動(dòng)態(tài)曲線如圖4所示。銷位移指的是銷在摩擦過(guò)程中，在載荷的作用下產(chǎn)生的一種軸向位移，可以用于表征摩擦過(guò)程中的磨損程度。有、無(wú)磁場(chǎng)條件下，銷位移的動(dòng)態(tài)曲線呈現(xiàn)出兩種完全不同的變化趨勢(shì)。由圖4可知：無(wú)磁場(chǎng)條件下，銷位移動(dòng)態(tài)曲線呈正相關(guān)的線性關(guān)系，斜率為6.84 mm/h，銷位移動(dòng)態(tài)曲線的斜率可以反映摩擦過(guò)程中的磨損程度；施加磁場(chǎng)后，銷位移動(dòng)態(tài)曲線也呈線性且在穩(wěn)定時(shí)曲線基本平行于x軸，斜率基本為零，這也符合之前的試驗(yàn)結(jié)果[23,25]。對(duì)比開(kāi)放環(huán)境和集屑環(huán)境兩種條件下的銷位移動(dòng)態(tài)曲線可知：有、無(wú)磁條件下，集屑環(huán)境中的銷位移都高于開(kāi)放環(huán)境，這說(shuō)明集屑環(huán)境下的磨損程度比開(kāi)放環(huán)境嚴(yán)重。

4組試驗(yàn)條件下，45#鋼的摩擦因數(shù)和銷位移的平均值如表3所示。由表3可知：在無(wú)磁場(chǎng)條件下，安裝集屑裝置后，45#鋼自配副的摩擦因數(shù)變化率為2.19%，銷位移變化率為2.4%；有磁場(chǎng)條件下，集屑裝置使45#鋼自配副摩擦因數(shù)變小，摩擦因數(shù)變化率為-5.56%；銷位移增大，變化率為12.7%。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：集屑裝置對(duì)45#鋼摩擦磨損性能影響較小，磁場(chǎng)對(duì)45#鋼摩擦磨損性能的影響遠(yuǎn)大于集屑裝置的影響，但是仍有必要分析集屑裝置對(duì)45#鋼摩擦磨損的影響機(jī)制。

表3 4組條件下45#鋼的平均摩擦因數(shù)、銷位移與其變化率

2.2 集屑裝置對(duì)磁摩擦過(guò)程的影響

本試驗(yàn)對(duì)銷試樣進(jìn)行了摩擦表面微觀分析，使用三維形貌分析儀得到了4組試驗(yàn)條件下銷摩擦表面的三維形貌，如圖5所示。圖5a中，摩擦表面犁溝數(shù)量多、磨痕深度較深，表面附著黏著物的顆粒大小與密度也明顯增加，摩擦表面看起來(lái)也更為粗糙。施加磁場(chǎng)后，如圖5b所示，表面較為平整，黏著物少，磨痕淺。圖5c和圖5d表面變化情況與圖5a和圖5b一致。所以施加磁場(chǎng)后，表面更加平整，粗糙度顯著減低。從圖5a和圖5c可以看出：添加集屑裝置后，摩擦表面黏著坑深度變深，粗糙度增加。從圖5b和圖5d可以看出：添加集屑裝置后，表面磨痕數(shù)量減少，粗糙度降低。二維平面采樣計(jì)算面粗糙度數(shù)據(jù)顯示：無(wú)磁場(chǎng)開(kāi)放環(huán)境Sa為10.978 μm，無(wú)磁場(chǎng)集屑環(huán)境Sa為14.890 μm，加磁場(chǎng)開(kāi)放環(huán)境Sa為5.965 μm，加磁場(chǎng)集屑環(huán)境Sa為3.538 μm。對(duì)比施加磁場(chǎng)前后粗糙度的變化可知：在開(kāi)放環(huán)境條件下，粗糙度下降了45.7%；在集屑環(huán)境中，粗糙度的下降更為顯著，變化率為76.2%，另外，表面粗糙度的變化趨勢(shì)與摩擦因數(shù)相一致。因此，三維形貌面粗糙度數(shù)據(jù)表明：施加磁場(chǎng)后的摩擦表面粗糙度顯著低于無(wú)磁場(chǎng)條件，在安裝集屑裝置后，磁場(chǎng)對(duì)摩擦表面粗糙度的影響更為顯著。

(a) Sa=10.978 μm

4組試驗(yàn)條件下45#鋼銷磨損表面形貌的SEM照片如圖6所示。由圖6a和圖6c可以看出：無(wú)磁場(chǎng)條件下，在摩擦?xí)r表面發(fā)生塑性變形、黏著效應(yīng)等微觀力學(xué)行為，呈現(xiàn)出凹凸不平的摩擦表面，由于受到磨屑的犁溝作用和切削作用，產(chǎn)生大量的凹槽和凹坑，犁溝數(shù)量多且深度較深，主要磨損機(jī)制為黏著磨損和磨粒磨損，添加集屑裝置后，犁溝的深度和寬度增加，粗糙度明顯增加。圖6b和圖6d中，加磁場(chǎng)后，磨屑在電磁力的作用下被吸附在摩擦界面之間,被反復(fù)擠壓、填充到犁溝中，填平磨痕，呈現(xiàn)出摩擦面形貌較平整，犁溝淺，主要磨損機(jī)制為氧化磨損和磨粒磨損，添加集屑裝置后，摩擦表面更為細(xì)膩，摩擦表面剝落形成的凹坑數(shù)量和尺寸也大幅下降。集屑裝置對(duì)表面形貌的影響在有、無(wú)磁場(chǎng)條件下截然不同。

為了進(jìn)一步分析集屑裝置在有、無(wú)磁場(chǎng)條件下，表面摩擦行為對(duì)45#鋼表層和次表層的影響，制備了銷試樣縱剖面樣品，沿平行于滑動(dòng)方向做45°斜剖面，進(jìn)行金相分析，如圖7所示。開(kāi)放環(huán)境中的金屬材料在進(jìn)行干滑動(dòng)摩擦過(guò)程中，兩個(gè)摩擦表面直接或者通過(guò)摩擦產(chǎn)生的轉(zhuǎn)移層相互作用，磨痕的表層及次表層產(chǎn)生了強(qiáng)烈的塑性變形。從圖7a和圖7c中可以看出：無(wú)磁場(chǎng)條件下，變形層發(fā)生塑性變形，晶粒沿著摩擦方向被拉長(zhǎng)，越靠近表層，變形程度越嚴(yán)重，集屑環(huán)境中變形層厚度減小，變化率為-14.9%。從圖7b和圖7d中可以看出：有磁場(chǎng)條件下，集屑環(huán)境中的影響深度減小，變化率為-17.1%。總的來(lái)看，添加集屑裝置使得表面摩擦行為的影響深度減小。

(a) 無(wú)磁場(chǎng)，開(kāi)放環(huán)境

在安裝集屑裝置后，有無(wú)磁場(chǎng)條件下的摩擦變形層深度都下降，這表明摩擦表面的45#鋼的流塑性增加，其力學(xué)性能的變化必然與集屑裝置有關(guān)。研究中測(cè)量了摩擦結(jié)束后的銷表面溫度，對(duì)比有無(wú)集屑裝置的試驗(yàn)結(jié)果可知：無(wú)磁場(chǎng)條件下，銷溫度由306.6 K升高至325.1 K，升高了6.03%；有磁場(chǎng)條件下，銷溫度由309.2 K升高至358.4 K，升高了15.91%。磁場(chǎng)和集屑裝置都會(huì)提升摩擦溫度，增加摩擦表面45#鋼的流塑性，引起摩擦變形層深度下降，但相比較而言，磁場(chǎng)對(duì)摩擦溫度升高的貢獻(xiàn)更大。磁場(chǎng)引起的銷溫升主要是由于磨損機(jī)制的變化，以及銷-盤接觸區(qū)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的熱效應(yīng)引起的[24]。集屑裝置引起的銷溫升則主要是由于半開(kāi)放環(huán)境下空氣流通受限，散熱條件相對(duì)于開(kāi)放環(huán)境更加惡劣。溫度升高，材料的流塑性增強(qiáng)，同等外力作用條件下，表面層變形程度增加，但高溫下45#鋼位錯(cuò)能下降，導(dǎo)致力的傳導(dǎo)深度下降，因此變形深度減小，變形層厚度變化規(guī)律與前期的試驗(yàn)結(jié)果相同[26]。因此，添加集屑裝置后提高了材料周圍環(huán)境溫度，使摩擦表面45#鋼的流塑性增強(qiáng)，摩擦變形層深度下降，進(jìn)而影響了其摩擦磨損性能。

2.3 磨屑分析

雖然集屑裝置對(duì)45#鋼摩擦磨損性能有一定影響，但與磁場(chǎng)的影響作用相比可忽略不計(jì)，而且半開(kāi)放環(huán)境廣泛存在于各類摩擦系統(tǒng)中，因此，安裝集屑裝置后的摩擦磨損試驗(yàn)仍然可以充分反映磁場(chǎng)對(duì)摩擦磨損的影響。考慮到安裝集屑裝置才可以完整地收集磨屑，磨屑的相關(guān)分析只包含無(wú)磁場(chǎng)集屑環(huán)境和加磁場(chǎng)集屑環(huán)境2組試驗(yàn)。

根據(jù)質(zhì)量守恒原理，銷、盤的磨損質(zhì)量之和應(yīng)該等于磨屑的質(zhì)量。如果銷、盤的磨損質(zhì)量之和大于磨屑的質(zhì)量，表明磨屑收集的不完全或者是C、S等元素發(fā)生氧化，轉(zhuǎn)化為氣體逸出體系；如果銷、盤的磨損質(zhì)量之和小于磨屑的質(zhì)量，表明在摩擦過(guò)程中Fe、Cr等元素氧化將氧氣固化，使整個(gè)體系的質(zhì)量增加。研究中分別稱量并計(jì)算了銷磨損、盤磨損、磨屑的質(zhì)量和試驗(yàn)前后摩擦體系質(zhì)量差，如表4所示。

表4 銷、盤以及磨屑質(zhì)量統(tǒng)計(jì)表

由表4可知：在無(wú)磁場(chǎng)情況下，整個(gè)摩擦過(guò)程質(zhì)量損失僅為0.031 5 g，這部分質(zhì)量損失包括碳在摩擦過(guò)程中會(huì)發(fā)生氧化生成二氧化碳逸出，但主要原因是仍有極少量磨屑附著于集屑裝置內(nèi)壁，造成系統(tǒng)誤差。有磁場(chǎng)情況下，整個(gè)摩擦過(guò)程質(zhì)量不僅沒(méi)有損失，質(zhì)量還增加了0.034 4 g，這是由于45#鋼發(fā)生氧化，生成了鐵氧化物引起的質(zhì)量增加，即可以認(rèn)為增加的質(zhì)量為氧元素質(zhì)量。在下一步的研究中，通過(guò)氧元素質(zhì)量變化可以進(jìn)行氧化動(dòng)力學(xué)的相關(guān)研究。

對(duì)收集到的磨屑進(jìn)行了粒徑分析，磨屑的粒徑分布如圖8所示。由圖8可以看出：磨屑粒徑大致呈正態(tài)分布，且兩者的峰值粒徑都為28 μm左右；但無(wú)磁場(chǎng)條件下，磨屑粒徑分布的半峰寬較小，表示粒徑的分布較為集中，磨屑的中值粒徑為22.383 μm，最小粒徑為1.674 μm；而有磁場(chǎng)條件下磨屑粒徑分布的半峰寬較寬，主要體現(xiàn)在小粒徑磨屑分布較多，磨屑的中值粒徑為19.098 μm，最小粒徑為0.654 μm，兩個(gè)數(shù)據(jù)都明顯小于無(wú)磁場(chǎng)條件；有磁場(chǎng)條件下8.662 μm以下的磨屑粒徑比例大于無(wú)磁場(chǎng)條件。

圖8 有、無(wú)磁場(chǎng)條件下磨屑粒徑分布

使用配有能譜儀的場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡得到了開(kāi)放環(huán)境磨屑的微觀形貌，如圖9所示。圖9a中，黏著磨損產(chǎn)生的磨屑顆粒較大，可以觀察到磨屑呈現(xiàn)扁平的片狀結(jié)構(gòu)，主要為摩擦過(guò)程中發(fā)生切削剝落產(chǎn)生。圖9b中，大粒徑的磨屑仍為片狀結(jié)構(gòu)，但主要呈現(xiàn)為細(xì)小的顆粒狀，受磁化而表現(xiàn)出一定的團(tuán)聚性。

(a) 無(wú)磁場(chǎng)

對(duì)磨屑的部分區(qū)域進(jìn)行能譜分析，得到了鐵元素和氧元素的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),如表5所示。由表5可知：無(wú)磁場(chǎng)條件下氧元素的原子個(gè)數(shù)百分比為7.9%，低于有磁場(chǎng)條件下氧元素的原子個(gè)數(shù)百分比(14.2%)，說(shuō)明在磁場(chǎng)作用下，加速了磨屑在摩擦過(guò)程中的氧化反應(yīng)。

表5 磨屑表面能譜分析元素統(tǒng)計(jì)表

分析磨屑在磁場(chǎng)的作用下氧化程度增加的原因有以下幾點(diǎn)：(1)由于部分磨屑在磁力作用下吸附在摩擦表面，不斷受到擠壓和變形，使得氧化反應(yīng)時(shí)間增長(zhǎng)；(2)磨屑被反復(fù)摩擦，磨屑粒徑減小，根據(jù)粒徑分布數(shù)據(jù)，在磁場(chǎng)的作用下磨屑質(zhì)量比表面積從396.615 m2/kg提升至635.118 m2/kg，參與氧化反應(yīng)的比表面積大幅增加；(3)磁場(chǎng)降低了鐵氧化反應(yīng)的活化能，使鐵氧化反應(yīng)更容易進(jìn)行[27]，以上因素共同導(dǎo)致磁場(chǎng)增加了磨屑的氧化程度。

3 結(jié)論

(1)無(wú)磁場(chǎng)條件下，安裝集屑裝置后，45#鋼自配副的摩擦因數(shù)變化率為2.19%，銷位移變化率為2.4%；有磁場(chǎng)條件下，集屑裝置使45#鋼自配副摩擦因數(shù)變小，摩擦因數(shù)變化率為-5.56%，銷位移增大，變化率為12.7%。雖然集屑裝置對(duì)45#鋼摩擦磨損性能有一定影響，但與磁場(chǎng)的影響作用相比可忽略不計(jì)。

(2)集屑裝置劣化了摩擦散熱環(huán)境，增加了摩擦表面45#鋼的流塑性，摩擦變形層深度同步下降，進(jìn)而影響了其摩擦磨損性能。在磁場(chǎng)條件下，集屑裝置對(duì)摩擦副升溫效果更為顯著。

(3)使用集屑裝置可以較為完整地收集磨屑，降低了磨屑分析過(guò)程中的系統(tǒng)誤差，計(jì)算了整個(gè)摩擦體系的質(zhì)量變化，發(fā)現(xiàn)有磁場(chǎng)條件下質(zhì)量增加0.034 4 g。在磁場(chǎng)作用下，45#鋼摩擦過(guò)程中產(chǎn)生的磨屑質(zhì)量銳減，由7.32 g降為0.85 g；平均粒度也顯著下降，中值粒徑由22.383 μm降為19.098 μm，磨屑的氧化程度也有所增加，磨屑中氧元素的原子個(gè)數(shù)百分比由7.9%提升至14.2%。