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有机改性α-磷酸锆对UHMWPE摩擦学性能的影响机理

摩擦磨损是机械设备能源消耗和零部件损坏的重要因素，利用新的润滑技术和材料是减小摩擦和降低磨损的重要手段。超高分子量聚乙烯（UHMWPE）在高接触应力的干摩擦工况下极易发生变形和磨损。因此，开发具有低剪切强度界面，能最大限度降低变形的UHMWPE摩擦副材料，对于提升其摩擦学性能和延长使用寿命具有重要意义。本工作制备了不同表面偶联修饰α-磷酸锆（CZrP）含量的CZrP/UHMWPE复合材料，利用球-盘摩擦磨损试验研究了GCr15/复合材料摩擦副在干摩擦条件下的摩擦学性能并分析其摩擦磨损机理。结果表明：当CZrP含量为5 wt%时，CZrP/UHMW PE复合材料摩擦系数和磨损量分别较纯UHMWPE降低了约30%和58%。在干滑动摩擦磨损过程中，CZrP会在复合材料摩擦表面逐渐堆积，通过CZrP特有的层间滑动效应，形成一层具有一定强度和润滑性的保护层。其表面偶联剂分子链间的氢键作用以及和UHMWPE分子链形成的物理缠结使得堆积的CZrP不易被磨损剥落，从而降低摩擦系数和磨损率。此外，CZrP含量是CZrP/UHMWPE复合材料减摩抗磨性能提升的关键因素。添加较低含量的CZrP可以堆积在摩擦表面减少复合材料摩擦表面的变形和撕裂，而CZrP的含量过高则不利于保护膜的形成，反而会加剧材料磨损。本工作旨在提供一种提高UHMWPE摩擦学性能，且使润滑与承载性能统一的有效策略。