摩擦热对uhmwpe钢摩擦副摩擦性能的影响-摩擦学学报.pdf

第 25 卷　第 6 期 摩 擦 学 学 报 25, 　 6 V o l N o 2005 年 11 月 TR IBOL O GY N ov , 2005 摩擦热对 UHMW PE钢摩擦副摩擦性能的影响 1 1 2 1 秦襄培 , 李　健 , M ENG Hua , 刘洪涛 ( 1. 武汉材料保护研究所, 湖北 武汉　430030; 2. 香港城市大学 机械工程及工程管理系, 香港　九龙) 摘要: 通过控制销盘试验中的散热条件测定了摩擦热对U HMW PE钢摩擦副摩擦性能的影响; 利用统计学相关系数 理论对摩擦系数和表层温度的相关性进行定量比较, 发现不良散热条件使其相关系数显著增大; 根据 T ay lo r H ob son 轮廓仪测量试样表面形貌三维初始表面高度, 尝试用元胞自动机方法进行了摩擦表面温度分布模拟计算, 并结合磨损 表面形貌分析探讨摩擦热对U HMW PE 磨损机理的影响. 结果表明: 摩擦系统的热传导条件严重影响U HMW PE 的 摩擦性能; 摩擦热效应使得局部接触表面温度超过熔点, 摩擦热的积累效应使U HMW PE 的磨损机理由粘着磨损变 为熔融剪切磨损; 在聚合物材料的摩擦试验及应用研究中必须考虑摩擦热的影响. 关键词: 摩擦热; U HMW PE ; 摩擦性能; 元胞自动机 中图分类号: TH 117. 3 文献标识码: A 文章编号: (2005) 　　超高分子量聚乙烯 ( ) 作为 1 种综合 　 　 为 了测 量 聚 合 物 近 表 层 的平 均 温 度, 在 U HMW P E 性能优 良的聚合物材料, 在人工关节中得到广泛应 U HMW P E 销试样底部钻 1 个孔, 孔径为 1. 5 mm , 孔 用. 在改善其使用性能的研究中, 摩擦热对U HM P 的横截面积仅 占销试样横截面积的2%. 采用特制的 [ 1～ 5 ] W E 的影响也得到日益重视 . 在通常的摩擦磨损 　　　 试验中, 由于缺少专门的试验装置, 摩擦热一般通过 偶件金属试样及试验机金属部件随机地传导或以边 界空气对流方式散失[ 6～ 8 ] , 这使得摩擦热对U HMW P E 摩擦磨损性能的影响难以清晰、准确地反映出来. 为此本文作者设计了一套可控制散热条件的试验装 置, 通过在试样和试验机直接接触部分安装隔热层, 在间接接触部分加装隔热罩的方法控制摩擦热的散 F ig 1　Sk etch m ap o f te st ing equ ipm en t 失, 称之为准绝热装置, 用于研究摩擦热对聚合物材 图 1　试验装置示意图 料摩擦性能的影响, 并结合表面形貌和温度分布以及 磨损表面分析探讨U HMW P E 材料的摩擦热影响规 铜康铜热电偶, 单根导线直径 0. 2 mm , 其热容非常 律及相关问题.