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密封泄漏和异物入侵导致高铁轴承密封装置的更换问题频发，磨粒磨损失效极大地限制了密封元件的服役寿命。开展高铁轴承橡塑密封在沙尘环境下多尺寸颗粒对摩擦副磨损失效机理与防护对策研究具有重要意义。聚四氟乙烯（PTFE）因具有低摩擦系数、高熔点和良好的化学稳定性成为一种流行的摩擦学密封材料。现有研究大多集中干摩擦或水润滑条件等，尚未充分考虑磨料因素，很少有关于PTFE在磨料污染滑动条件下的摩擦学行为的报道。本文采用粒径在5 ~ 250 μm范围内七种规格的Al2O3磨粒，在干态往复滑动条件下，对PTFE的耐磨性进行了评价与比较。对摩擦副的磨痕轮廓进行了形貌侦测和元素分析，并对配副金属磨痕截面进行了微区纳米压痕表征，探讨了磨粒因素影响下的磨损机理和颗粒尺寸效应。
工程应用问题与摩擦学理论的有机结合，已成为系统综合研究密封装置磨损失效的重要手段。PTFE和316L不锈钢的磨痕表面形貌参数反映了磨粒进攻性大小和颗粒运动行为，将有助于比较多尺寸颗粒的磨蚀性能。一般磨损率评估了颗粒作用下软硬摩擦副的耐磨损性能，摩擦系数随时间的演变规律反馈了界面接触状态，通过分析微观形貌特征的演化和微区元素分布以判别磨损机制的转变，纳米压痕测试深入性探讨摩擦力学行为和颗粒尺寸效应。
1. 通过对摩擦系数的演化趋势和磨痕形貌参数归纳分析，揭示了磨粒大小与摩擦系数演变的对应关系：
（1） 大尺寸颗粒环境下摩擦系数均较为稳定，且较无颗粒环境而言，时变曲线被划分为两个阶段，后期摩擦系数值略有上升。
（2） 随着颗粒尺寸的减小，中等粒度颗粒环境下的时变曲线呈现差异明显的演变特征，被划分为三个演变阶段：i初始平稳阶段，ii爬升阶段，iii最后平稳阶段。然而，小尺寸颗粒侵入界面后引发典型的“颗粒尺寸效应”，阻碍了摩擦副的往复滑动，摩擦副间的剪应力产生剧烈波动。
2. 通过对界面内颗粒的运行行为和磨损表面特征分析，厘清了磨损机理与颗粒尺寸关系：
大尺寸颗粒很难进入摩擦界面，因此磨损形貌与干式滑动无异。一旦磨粒侵入接触区域，摩擦副进入“PTFE-abrasive-316L”三体磨损状态，对金属表现出疯狂的微切削作用；中等粒度的颗粒一初始就参与磨损，密集嵌入PTFE基体后产生典型的“砂轮效应”，但由于磨屑层的积聚、覆盖、被压实，磨粒的切削作用示微，磨损机制由磨粒磨损转变为粘着磨损；小尺寸颗粒因粒径较小而无法牢固嵌入，仅充当自由的第三体产生滚动磨蚀作用并伴随整个磨损过程，导致轻微的三体磨损现象。
1. 厘清了多尺寸磨粒的磨损机理和颗粒尺寸效应，找出了沙尘环境下服役密封件损伤与颗粒尺寸间的内在关联。为轴承密封失效分析提供全新思路，对于理解橡塑密封件在苛刻环境的损伤演变有着重要的指导意义。
2. 从摩擦学设计角度出发，为高铁轴承密封的防尘抑漏提供了理论参考。
沈明学，华东交通大学材料科学与工程学院教授。江西省青年“千人计划”入选者、江西省“井冈学者奖励计划”入选者，江西省百千万人才工程人选者。研究领域包括摩擦学及表面工程、轮轨材料强韧化技术、大型装备关键零部件服役行为。
李波，华东交通大学材料科学与工程学院在读硕士研究生。研究领域包括摩擦学及表面工程、橡塑摩擦学、应用高聚物材料服役行为。
张执南，上海交通大学机械与动力工程学院副教授。国家级教学成果二等奖，上海交通大学晨星优秀青年学者奖获得者。研究领域包括摩擦系统的计算设计与分析、设计工程与创新的理论与方法。
赵龙志，华东交通大学材料科学与工程学院教授。研究领域包括载运工具合金及其复合材料、激光表面工程和增材制造技术、非均质材料的特种连接技术。
熊光耀，华东交通大学材料科学与工程学院教授。获江西省优秀新产品三等奖，南昌市科技进步二等奖。研究领域包括复合材料制备与性能表征、材料表面改性与防护、增材制造及强韧化技术。
期刊简介
Friction（《摩擦（英文）》）是清华大学主办的国内首个摩擦学领域的国际性学术期刊，旨在发表和出版涵盖接触、摩擦、磨损、润滑、表面粘着和界面科学跨学科的创新性研究论文及专题性综述文章，致力于为国内外摩擦学和表面界面科学领域的学者搭建一流的国际学术交流平台，促进摩擦学在中国和国际学术界之间的交流和发展。其2019年度影响因子为5.290，在国际摩擦学领域15余种SCI-E数据库收录期刊中排名第一，成为我国乃至亚洲首个进入全球机械工程领域前10名的国际学术期刊（大类学科排名前8%），2020年在线发文量超过160篇。
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