70年代末，一些国外学者对金属被橡胶磨损的现象进行了比较系统的研究，但对磨损过程中所发生的各种表面力化学反应的研究不够深入。张嗣伟等8从90年代初期起对几种高分子材料钢高碳钢及中碳钢）的表面力化学效应进行了系统研究。

　　在上述工作的基础上，本文作者进一步研究在干摩擦条件下金属（低碳钢）被天然橡胶磨损的机理。

　　1为2（1钢磨损前后的表面形貌和天然橡胶磨损表面形貌的SEM照片。可以看出：磨损前的钢表面较粗糙，有明显的交叉划痕；而磨损后20钢表面很光滑，无交叉划痕，并存在转移膜（b）。由于转移膜的存在，金属表层的性能发生明显该变。天然橡胶的磨损表面也较光滑，无山脊状的隆起花纹，存在部分熔融的疏松状结构（c）。

　　基金项目：国家自然科学基金资助（59875062）。

　　钢磨损前后的表面微观形貌和天然橡胶磨损表面微观形貌SEM照片2.2XPS分析见表2可见：钢磨损表面上C含量明显加，而O和磨损前后的钢表面和天然橡胶表面的元素含量Fe含量降低；天然橡胶磨损表面C元素和O元素含表2磨损前后钢表面和天然橡胶表面的元素相对百分含量量不变，无Fe元素，说明摩擦过程中金属未转移至橡胶表面。磨损前钢表面上的CO和Fe元素的XPS图谱见。可见：其主要化学状态为金属氧化物（FeOiFe3O4FeO和FeOOH）和有机碳化合物；位于288.4eV的Gs谱峰归属于C-O或O；位于285.OeV的Os谱峰归属于CH2；而位于282. 5eV的Clsi普峰归属于Fe-C；位于531. 4eV的Ols谱峰归属于CO或O，位于530.OeV的Oh谱峰属于铁的氧化物。

　　未溅射的钢磨损表面以及分别经2min和7min溅射后的钢磨损表面上的CO和Fe元素的XPS图谱见。可见：在未溅射表面上C元素由磨损前的3个峰变为2个峰，其在高结合能区（fO及C-O）的峰面积明显减小，在低结合能区的Fe-C峰明显强，说明有金属聚合物生成；另外，磨损后对应于各官能团的结合能均有所降低，而对于溅射后的钢磨归属于属氧化物由位于孤3垃的酿厉峰归表面，肺溅射时间的延长如：和OA溅射金属磨损表面XPS图谱天谱峰强度逐渐减弱，Fe-C的C1s谱峰强度则先明显增大而后减弱，表明金属与橡胶高分子链之间发生了较强化学作用，其在亚表层反应程度*强（a）。

　　分析钢磨损表面的O1s谱峰发现与原始钢表面相比，未溅射磨损表面上PO或C-O的O4普峰强度明显较弱，且其结合能降低，而金属氧化物的O4普峰强度则明显增加。随着溅射深度的增加，fO或CO的O4普峰强度逐渐减弱，而FeO的O1s谱峰强度增加，其伴峰（526.0eV）也越来越强。与此同时，随溅射深度的增加，钢表面上Fep的谱峰面积逐渐增大，且结合能表明随溅射深度的增加，金属氧化物含量逐渐降低，而单质Fe的含量逐渐增加磨损前后天然橡胶表面上C元素结合能及其官能团的种类和含量见表cay结合磨损前后天然橡。潘面O元素的XPS图谱解析可知，在摩檫过程中天然橡胶表面发生了明显的氧化反应。

　　磨损前后天然橡胶表面的红外分析图谱如所示。可见：天然橡胶原始表面存在C，CB和CB等基团，由于材料本身在塑炼成形过程中的氧化，还存在CO和CO等官能团。而天然橡胶磨损表面CH2CB及CPCH的谱峰强度明显降低，O和CO基团的谱峰强度则明显增加，说明在干摩檫过程中，天然橡胶表面发生了明显的氧化作用。

　　3讨论1表面物理效应从钢磨损〗表3天然橡胶磨损前后表面元素结合能及官能团含量Table3Thebindingenergyandfunction磨损前后天然橡胶表面的FT-IR图谱然橡胶磨损表面形貌SEM照片可以初步断定在橡胶与钢接触表面发生了粘着转移磨损。

　　大量天然橡胶在干摩擦过程中以熔融方式转移至钢表面形成转移膜，在摩擦过程中，摩擦力*大值为易于发生粘着磨损；同时由于接触表面温度较高，因此天然橡胶易发生熔融粘着。

　　3.2表面化学效应3.21金属与高分子链的反应360N摩擦副表面经受了强烈的机械力作1从而。hing也由钢磨损表面）分析表明，在干摩擦过程中金属与天然橡胶分子链之间发生了力化学反应。红外分析发现天然橡胶磨损表面上CH2和CH的含量降低；XPS分析结果表明，天然橡胶磨损表面上C元素的含量以及CH2的相对面积减小（表2和表3）。这些结果表明，在摩擦磨损过程中，天然橡胶的分子链发生因此，金属与天然橡胶分子链结合位置在分子链端，这与Gent等的结论相一致，这可能是由于金属与天然橡胶分子链的反应产物，即金属聚合物具有“渗透”功能所致。

　　由于Fe聚合物的强度低于金属氧化物，在摩擦力作用下，部分转移膜脱落，随之钢产生磨损，这可能是导致钢磨损表面上Fe元素含量降低的原因之一（表2），而钢磨损表面粘着磨损坑（b）的存在证实了上述推断。

　　以上分析表明，在干摩擦下，201钢与天然橡胶分子链之间发生了明显的力化学反应，橡胶大分子自由基与金属间的结合是这种试验条件下发生在钢表面上*主要的化学反应。

　　转移膜可能通过3种作用力形式与2C钢表面相结合：（1）天然橡胶分子链通过上述反应所形成的了断裂。换言之，天然橡胶在钢表面形成转移膜时，由于部分分子链发生断裂而生成大量的大分子链自由基，同时伴随产生其他小分子。在高达360N的摩擦力作用下，钢表层金属被活化，产生外逸电子，活性自由基捕获外逸电子，从而与钢表面发生化学结合。

　　上述过程可以下式表示：和FeOOH）类似于隐性羟基，在强烈的摩擦力作用下，也可能与大分子自由基发生反应，反应示意式为：端的含氧基团与20钢表面较强的静电力的作用；（3）天然橡胶分子链与金属之间的范德华力的作用。

　　3.22表面氧化反应钢磨损表面Ois谱峰中出现了归属于金属氧化物的强峰（530.0eV），随溅射深度的加金属氧化物相对含量加。此外，由Fe的XPS图谱可见，在摩擦磨损过程中钢表面发生了氧化，氧化产物主要为Fe3FeOFe34及FeOOH等。随着溅射深度加，Fe的结合能逐渐降低（c），而FeO谱峰相对含量逐渐大，且出现单质Fe的谱峰，这说明氧化反应主要发生在钢的表面，且其氧化程度随溅射深度加而逐渐减弱。

　　在本文试验条件下，由于钢磨损表面形成了转移膜，从而使得空气中的氧与钢表面的相互作用受阻，并拟制新鲜钢表面与氧之间的化学作用。

　　因而可以推测，由于磨损而暴露的新鲜钢表面将主要与天然橡胶大分子链自由基发生化学反应，这从钢磨损表面的EDAX分析结果可得到证实（表2）。而中归属于Fe~C的心谱峰强度很高，溅射后钢的磨损亚表层存在单质Fe，这都表明在摩擦磨损过程中氧化现象不是主要的化学效应。

　　4结论在干摩擦条件下，2（1钢厌然橡胶摩擦副接触表面发生了粘着转移，从而在钢表面形成了性质不同于钢基体的转移膜。

　　2tf钢与天然橡胶对摩时，Fe及其氧化物与天然橡胶大分子自由基发生反应；在亚表层以金属与化学i键力的的作甩由氧化产生的天然橡子链，lishin大大分子自由基遵反应Fe -C的金属聚合物；金属本身的氧化产物主要为Fe23FeO及Fe34，而在亚表层的主要反应产物为