随着电磁技术的发展,电磁设备得到了广泛的应用,其中的摩擦副工作于磁场环境中。磁场不仅能改变置于其中的铁磁性材料的力学性能和理化性能,而且能够改变摩擦副的摩擦面接触行为,从而影响到电磁设备中摩擦副的摩擦学性能和服役寿命。本文主要研究外加磁场对中碳钢干滑动摩擦磨损特性的影响途径及其关联性,探索磁场对材料摩擦学性能产生影响的关键因素和规律,以丰富干摩擦学内容,为磁场干摩擦学的实际应用、实现摩擦系统的主动控制提供理论依据。本文利用自制的销盘式摩擦试验机,进行了有、无磁场时中碳钢的摩擦磨损试验。以磁场摩擦过程中的磨屑行为及作用为目标,研究了外加磁场在不同条件下(捕获磨屑受到干扰、不同氧含量环境气氛)对中碳钢摩擦磨损特性的影响规律,分析了摩擦过程中磨屑和摩擦面的形貌与成分等的变化,阐明了磁场对中碳钢摩擦磨损特性的影响途径及其关联性,建立了磨屑行为模型和销试样摩擦面上氧化物改质层的形成模型等。磁场主要通过两种途径对中碳钢的摩擦磨损特性产生显著的影响。无磁场时销试样一直处于严重磨损状态,摩擦副主要发生黏着磨损和磨粒磨损;摩擦区域和盘试样摩擦面上的磨屑较少且分布均匀。磁场(8.7k A/m)作用下摩擦过程分为切削过渡阶段、研磨阶段和磁场摩擦稳定阶段;在研磨阶段磨屑逐渐细化、氧化并在摩擦区域和盘试样摩擦面上形成了磨屑捕获层,出现了严重-轻微磨损转变;在磁场摩擦稳定阶段销试样摩擦面形成了氧化物改质层,主要发生氧化磨损。磁场对中碳钢的减磨率可达90%以上,其影响途径主要包括研磨阶段的磨屑捕获层和磁场摩擦稳定阶段的氧化物改质层。磁场对中碳钢摩擦副的摩擦磨损特性的影响与其强度大小相关。随着磁场强度的增大,销试样磨损量逐渐减小并达到稳定。磁场强度为2.1k A/m时,销试样一直处于严重磨损状态;摩擦区域和盘试样摩擦面上磨屑较少且分布均匀,不能达成磁场摩擦稳定状态,主要发生磨粒磨损。当磁场强度超过4.3k A/m时,开始出现了严重-轻微磨损转变,摩擦区域和盘试样摩擦面上形成磨屑捕获层,捕获的磨屑能够填满且高出所覆盖的犁沟;销试样摩擦面有氧化物改质层生成,摩擦副主要发生氧化磨损。随着磁场强度的增加,磨屑捕获层的宽度逐渐增加,严重-轻微磨损转变越早,磁场摩擦稳定状态达成越快。磨屑捕获受到干扰时,磁场对中碳钢摩擦磨损特性的影响规律发生显著改变。当使用去磨屑装置时,盘试样摩擦面上残留的磨屑量显著减少;与正常条件下中碳钢的磁场摩擦相比,相等强度磁场时该条件下销试样的磨损量显著增大,无严重-轻微磨损转变;销试样摩擦面无氧化物改质层产生,摩擦副主要发生磨粒磨损;磨屑捕获受到干扰引起的磁场对中碳钢摩擦磨损特性影响规律的改变与磁场强度无关。磁场对中碳钢销/302钢盘摩擦副的摩擦磨损特性有一定影响,而影响规律与其对中碳钢摩擦副的影响规律相反。磁场(17.4k A/m)作用下销试样一直处于严重磨损状态,无严重-轻微磨损转变,其磨损程度大于无磁场时该摩擦副中销试样的磨损程度;盘试样摩擦面和摩擦区域残留有少量的磨屑,销试样摩擦面无氧化物改质层形成,摩擦副主要发生了磨粒磨损。环境气氛氧含量对中碳钢摩擦副的摩擦磨损特性有一定影响。无磁场时,当环境气氛氧含量为0.2%-21%时,随其氧含量的增加,磨屑氧化程度以较小幅度增加,销试样磨损量增大,磨损机制由黏着磨损(0.2%氧含量)转变为磨粒磨损;当氧含量为100%时,磨屑氧化程度较大,销试样磨损量显著减小,出现了严重-轻微磨损转变,主要发生了氧化磨损。磁场(8.7k A/m)作用下,当环境气氛氧含量为0.2%时,磨屑氧化程度较低,无严重-轻微磨损转变,主要发生了黏着磨损;当环境气氛氧含量超过0.5%时,磨屑氧化程度较大,摩擦过程出现了磨屑研磨阶段和磁场摩擦稳定阶段,发生了严重-轻微磨损转变,主要发生氧化磨损;磨屑氧化程度越大,研磨阶段和严重-轻微磨损转变发生越早。磨屑捕获对摩擦过程磁场摩擦稳定状态维持动态平衡有重要的作用。达到磁场摩擦稳定状态的中碳钢摩擦副在无磁场的摩擦过程中,盘试样摩擦面和摩擦区域不能有效捕获磨屑;销试样摩擦面上的氧化物改质层逐渐消失而呈金属亮白色,改质层的减磨时间约为400s,发生了轻微-严重磨损的转变。摩擦区域形成磨屑捕获层且磨屑发生一定程度的氧化是磁场对中碳钢起到减磨作用并使摩擦稳定状态的达成的前提和基础。磁场作用下中碳钢摩擦过程中的残留磨屑经历形成与捕获、伴随盘试样运动、研磨和连接四个连续阶段并反复进行;磁场强度、磨屑大小和成分、盘试样材料对磨屑的捕获均有重要影响;磨屑与犁沟、磨屑与磨屑之间发生冶金结合在销试样摩擦面不连续的犁沟中形成了氧化物改质层。