銅鎳錫合金是新型環(huán)保彈性銅合金，具高穩(wěn)定性、強韌性和抗腐蝕性，廣泛用于航空航天、軌道交通等領域的重載軸承部件。但在無潤滑或潤滑不足的高速重載工況下，易發(fā)生磨損、黏著、疲勞剝落等失效。光子灣科技專注于高端光學精密測量技術，其超景深顯微鏡等設備可為材料磨損三維輪廓分析提供精準支持。本文通過改變載荷與轉速，結合超景深顯微鏡等設備分析其磨損三維形貌與機制，為其在高端制造領域的應用提供參考。

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試驗材料及制備

銅鎳錫合金元素質量分數(shù)

銅鎳錫合金材料的力學性能

試驗材料為銅鎳錫合金，其化學成分含Cu、Ni（5.45%~6.72%）、Sn（5.38%~6.51%）等元素，力學性能表現(xiàn)為抗拉強度 865MPa、布氏硬度 269HB。對摩材料為 12CrNi3A，經(jīng)滲碳處理后加工成盤試樣，表面粗糙度≤0.4μm；銅鎳錫合金加工成銷試樣。

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試驗參數(shù)及流程

采用CEF-I 型銷 - 盤式磨損試驗機，在室溫下進行干滑動試驗，載荷設為25N、50N、75N、100N，轉速設為200r/min、275r/min、350r/min。通過電子天平稱量磨損前后質量，利用超景深顯微鏡、掃描電鏡及能譜儀分析磨損表面形貌與成分。

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試驗結果與分析

超景深顯微鏡觀測不同載荷下銅鎳錫合金的三維輪廓(350 r/min)

(a)25 N;(b)50N;(e)75 N;(d)100N.

01摩擦因數(shù)

載荷影響：轉速一定時，平均摩擦因數(shù)隨載荷增大呈波動下降趨勢。25N 時摩擦因數(shù)最高（表面粗糙峰直接接觸），275r/min 時摩擦因數(shù)隨載荷增加持續(xù)減?。バ紕討B(tài)平衡形成類滾動磨損）。

轉速影響：載荷一定時，摩擦因數(shù)隨轉速升高先增后減，275r/min 時達最大值。低轉速時微凸體嚙合導致摩擦力增大，高轉速時表面硬化與機械混合層形成使摩擦因數(shù)下降。

02磨損量

載荷影響：磨損量隨載荷增大總體遞增，75N 后急劇增加，100N 時磨損量超其他載荷 40%。50~75N 時因機械混合層形成，磨損量短暫穩(wěn)定。

轉速影響：磨損量隨轉速升高先減后增，高轉速下抗磨性能更穩(wěn)定，表明材料在高轉速下磨損控制效果更佳。

03磨損機制

載荷影響（350r/min）：25N 時為輕微磨粒磨損（表面犁溝與塑性變形）；50N 時出現(xiàn)剝層與輕微黏著磨損；75N 時以剝層磨損為主，伴隨熔融與黏著剝落；100N 時為嚴重黏著磨損與疲勞磨損（不規(guī)則黏著坑）。

轉速影響（75N）：200r/min 時為磨粒磨損；275r/min 時轉變?yōu)轲ぶp（表面黏著點與磨斑）；350r/min 時以剝層磨損為主，伴隨三體磨粒磨損。

04摩擦層作用

摩擦過程中形成的機械混合層（摩擦層）對磨損起重要調控作用。低載荷高轉速下，摩擦層穩(wěn)定性良好，可減少磨粒磨損與黏著；超過臨界載荷或轉速后，摩擦層破裂脫落，加劇磨損。

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結論

載荷與轉速顯著影響銅鎳錫合金摩擦性能：

轉速一定時，摩擦因數(shù)隨載荷波動下降，磨損量在高載荷下驟增；

載荷一定時，摩擦因數(shù)隨轉速先增后減，磨損量呈先減后增趨勢。

磨損機制隨工況變化：

載荷升高時，從輕微黏著/ 剝層磨損過渡到嚴重黏著 / 疲勞磨損；轉速升高時，從磨粒磨損轉為黏著磨損，最終變?yōu)閯儗幽p。

銅鎳錫合金適用于高轉速、低載荷的干摩擦工況，其磨損性能穩(wěn)定性在該條件下最優(yōu)。

光子灣科技憑借高端光學測量技術，可為銅鎳錫合金材料磨損行為研究提供精準的三維形貌與表面粗糙度分析支持，助力航空航天、高端制造等領域的材料性能優(yōu)化與應用拓展。通過超景深顯微鏡的深度應用，可進一步揭示材料磨損機制，為新型合金的研發(fā)與工程實踐提供科學依據(jù)。

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光子灣超景深顯微鏡

光子灣超景深顯微鏡用于對各種精密器件及材料表面進行亞微米級三維輪廓測量的檢測儀器。與傳統(tǒng)的光學顯微鏡不同，該設備擁有更大的景深、更廣的視野、更高的放大倍率、更全的觀測角度，足以應對各種極具挑戰(zhàn)的觀測場景。

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