本文为西南交通大学材料服役行为与安全评价徐小军副教授、朱旻昊教授团队撰写发表在《中国表面工程》2024年第37卷第2期的研究论文，题为“XPS原位分析纯铁微动磨损摩擦氧化行为”。
微动损伤是机械工业中紧固件材料失效的重要原因之一，其广泛存在于铁路、矿山、核工业、电连接器及航空等领域。其中，摩擦化学作为微动磨损过程中不可避免的现象，接触表面所产生的化学产物类型、分布以及形态等将会显著影响微动磨损性能及磨损机理，在微动损伤过程中扮演了重要的角色。工业纯铁作为较广泛应用的金属材料之一，具有高磁导率和磁感应强度、低矫顽力、低硬度和高塑性等优点，因而在电力电子、核电、能源、航空航天等重要领域有良好的应用前景。尤其是对于航天器及其精密仪器关键紧固件，其需要长时间服役于真空环境下，且因受外界振动易导致微动损伤。因此，研究微动过程中接触界面摩擦化学状态及其变化，探讨其对微动磨损行为的影响机理具有重要意义。
西南交通大学徐小军副教授、朱旻昊教授团队在《中国表面工程》2024年第2期发表研究论文《XPS原位分析纯铁微动磨损摩擦氧化行为》，基于原位 XPS 高精度切向微动磨损试验平台，系统性研究工业纯铁在真空（p=4 mPa）和大气环境下不同微动运行区域接触界面摩擦化学状态及其微动磨损行为。
01 引用格式
肖子玥,盛亮亮,魏雪娇,魏怀正,徐小军,朱旻昊.XPS原位分析纯铁微动磨损摩擦氧化行为[J].中国表面工程,2024,37(2):161-169.
XIAO Ziyue, SHENG Liangliang, WEI Xuejiao, WEI Huaizheng, XU Xiaojun, ZHU Minhao. In Situ XPS Analysis of Fretting-induced Tribo-chemical Behavior in a Pure Iron[J]. China Surface Engineering, 2024, 37(2): 161-169.
02 论文创新点
采用课题组自主设计的原位XPS微动磨损试验机对工业纯铁DT4在真空和大气下的微动磨损行为和摩擦氧化反应进行精确表征，原位XPS可以避免试样在空气中二次暴露继而进一步产生的氧化干扰，是定量表征摩擦表面化学状态的先进技术。通过对不同位移幅值下微动磨损行为进行研究，结合白光干涉、SEM等表征分析了摩擦化学在微动磨损机制中扮演的重要角色。
03 重要结论
01 纯铁在真空和大气环境下具有显著不同的微动运行特性，大气环境下未出现有混合区，真空环境下粘着效应较显著，微动进入滑移区需要较大的位移幅值，并且接触界面表现出较高的摩擦因数。
02 在大气环境下，磨损表面产生的FeO和Fe2O3氧化物，其对接触界面具有很好的润滑保护作用，从而表现出较低的磨损量；而真空环境下随位移幅值的增加，因Fe2O3消失，FeO含量逐渐减少及更多单质Fe暴露导致磨损量快速增加。
04 前景与应用
本论文利用原位XPS技术对材料表面摩擦化学状态进行精确表征，探究了摩擦氧化反应对微动磨损行为的影响机理，为提高纯铁在不同微动服役工况下的耐磨性能提供了理论指导。原位XPS技术不仅是摩擦化学研究手段上的重要发展，而且对丰富和发展微动磨损基础理论具有重要的科学意义。
