新型氮磷添加劑對(duì)銅箔軋制摩擦學(xué)性能與磨損行為的影響

熊 桑，孫建林

(北京科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，北京 100083)

銅及銅合金作為重要的有色金屬材料，其軋制摩擦、磨損、潤(rùn)滑一直是世界銅加工行業(yè)關(guān)注和深入研究的重要前沿課題[1-3]。壓延銅箔具有較優(yōu)的延展性、撓曲性、致密性和較小的粗糙度，已成為柔性印制電路板(FPC)的基礎(chǔ)材料，廣泛應(yīng)用于電子電器、汽車(chē)行業(yè)等電子信息技術(shù)領(lǐng)域[4]。在壓延電子銅箔軋制過(guò)程中，高速和高溫使得軋件迅速升溫[5]，軋制油對(duì)壓延電子銅箔軋制過(guò)程具有極其重要的作用，能夠起到冷卻、潤(rùn)滑、極壓和抗磨減摩等作用，同時(shí)可以有效地減小最小可軋厚度，降低軋制過(guò)程的力學(xué)參數(shù)，并能改善軋后表面質(zhì)量[5-6]。壓延銅箔軋制摩擦潤(rùn)滑作為多學(xué)科滲透的一門(mén)科學(xué)，目前已引起國(guó)內(nèi)外業(yè)界人士的高度重視[7-8]，而壓延銅箔軋制過(guò)程中摩擦磨損機(jī)制及其潤(rùn)滑工藝相關(guān)的研究與應(yīng)用較少，為了得到具有良好表面質(zhì)量和性能的壓延銅箔，對(duì)壓延銅箔軋制潤(rùn)滑技術(shù)的研究更加具有實(shí)際意義[9-10]。本文作者結(jié)合壓延銅箔使用要求及軋制工藝特點(diǎn)，采用MRS-10A四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)考察不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的新型磷系與新型含氮硼酸酯極壓抗磨劑復(fù)配對(duì)新型銅箔軋制油摩擦學(xué)特征的影響，并對(duì)銅箔軋制油的軋制潤(rùn)滑性能進(jìn)行研究，利用LEXT OLS4000激光共焦顯微鏡測(cè)量銅箔表面的粗糙度，并觀(guān)察其軋后三維表面形貌，揭示銅箔與軋輥構(gòu)成摩擦副的磨損機(jī)理，進(jìn)一步為壓延銅箔軋制潤(rùn)滑工藝提供理論指導(dǎo)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

實(shí)驗(yàn)采用3種基礎(chǔ)油：1) B158，退火清凈性能和潤(rùn)滑性能優(yōu)良的加氫礦物油；2) B132，低硫低芳香烴環(huán)保型溶劑油；3) B139，以B132和潤(rùn)滑性能優(yōu)異的酯類(lèi)油 B146按一定比例和特定工藝復(fù)配。測(cè)得其主要理化性能參數(shù)如表1所列。實(shí)驗(yàn)用添加劑有新型磷系極壓抗磨劑 EK與新型含氮硼酸酯極壓抗磨劑BT。其中，EK為微黃色透明液體，主要成分為脂肪醇聚乙二醇醚磷酸酯，酸值140 mg/g，磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于5.1%，閃點(diǎn)高于160℃；BT為淡黃色透明液體，密度為0.98 g/cm，閃點(diǎn)高于190℃，溶于礦物油及合成油而不溶于水，銅腐蝕級(jí)別 1a, 其分子結(jié)構(gòu)如圖1所示。選用常規(guī)銅板帶軋制油 CRO作對(duì)比，其理化性能如表2所列。

1.2 MRS-10A四球摩擦磨損試驗(yàn)

圖1 EK和BT的分子結(jié)構(gòu)Fig.1 Molecular structures of EK (a) and BT (b)

表1 實(shí)驗(yàn)用基礎(chǔ)油主要理化性能參數(shù)Table1 Major physical and chemical performance parameters of base oil used in experiments

表2 常規(guī)銅板帶軋制油CRO主要理化性能參數(shù)Table2 Major physical and chemical performance parameters of conventional copper rolling oil CRO

實(shí)驗(yàn)條件：載荷(392±5) N、轉(zhuǎn)速(1200±5) r/min、室溫、時(shí)間30 min，實(shí)驗(yàn)所用鋼球均為GCr15標(biāo)準(zhǔn)鋼球。本實(shí)驗(yàn)分為兩組：1) 測(cè)試銅箔軋制油以不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的EK與BT以3:1復(fù)配[11]的摩擦性能，添加EK質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.09%、0.12%和0.15%；2) 不添加任何EK和BT的基礎(chǔ)油B139及常用銅板帶軋制油CRO，測(cè)定其摩擦學(xué)性能進(jìn)行對(duì)比。實(shí)驗(yàn)前后鋼球及夾具浸入在石油醚中，并用超聲波清洗，實(shí)驗(yàn)后下試球作為德國(guó)EVO 18掃描電子顯微鏡(SEM)及能譜分析儀(EDS)的試驗(yàn)樣。

1.3 銅箔冷軋實(shí)驗(yàn)

軋制試樣為0.18 mm厚的銅箔，采用d95/200 mm×200 mm四輥冷軋?jiān)囼?yàn)機(jī)進(jìn)行冷軋實(shí)驗(yàn)，軋機(jī)功率為35 kW，軋制速度為60 r/min。軋制前后分別用浸有丙酮和酒精的棉紗擦洗輥面與銅箔表面，再用干凈醫(yī)用棉擦干，以保證結(jié)果準(zhǔn)確。實(shí)驗(yàn)前，將軋制油噴淋到軋輥和軋件上，并使軋輥空轉(zhuǎn)幾圈，待軋制油均勻分布在輥面和軋件后，再開(kāi)始進(jìn)行軋制。冷軋過(guò)程中記錄每道次的軋制壓力和軋后厚度，分析銅箔最小可軋厚度及軋后的表面質(zhì)量，研究各軋制油的潤(rùn)滑效果。將軋后試樣加入含丙酮的燒杯中進(jìn)行超聲波清洗，去除銅箔表面殘留的軋制油，并用無(wú)水乙醇擦拭干凈，采用LEXT OLS4000激光共焦顯微鏡觀(guān)察銅箔軋后表面形貌，并測(cè)量其表面粗糙度，同時(shí)對(duì)軋后銅箔微觀(guān)區(qū)域進(jìn)行三維形貌分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 摩擦學(xué)性能分析

實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果選用最大無(wú)卡咬負(fù)荷PB、長(zhǎng)磨實(shí)驗(yàn)下的平均摩擦因數(shù)μ和平均磨斑直徑D這3個(gè)參數(shù)作為軋制油極壓抗磨潤(rùn)滑性能的主要指標(biāo)。不同運(yùn)動(dòng)黏度基礎(chǔ)油添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的新型磷系EK與含氮硼酸BT制備的軋制油摩擦學(xué)性能測(cè)試結(jié)果及各項(xiàng)指標(biāo)如表3所列。由表3可知，PB、μ和D3個(gè)指標(biāo)不具有一致性，不能直接反映出各影響因素的重要程度，有時(shí)甚至是矛盾的，很難分析與判別軋制油的極壓抗磨潤(rùn)滑性能。在孫建林等[12]所提出的用于綜合分析潤(rùn)滑劑性能的極壓潤(rùn)滑系數(shù)RL和極壓抗磨系數(shù)w的基礎(chǔ)上，對(duì)軋制油的極壓性能、抗磨性能和減摩性能按照相同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行歸一化，以直接判斷各因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重要程度。為此，提出綜合分析潤(rùn)滑劑的極壓抗磨潤(rùn)滑性能的新指標(biāo)—極壓抗磨潤(rùn)滑系數(shù)(?)：式中：PB為最大無(wú)卡咬負(fù)荷，N；μ為摩擦因數(shù)；D為平均磨斑直徑，mm。

表3 軋制油對(duì)銅箔軋制摩擦學(xué)性能的影響Table3 Effect of rolling oil on tribology performance of copper foil

由表3可以看出，在誤差范圍內(nèi)，可認(rèn)為添加0.15%新型磷系極壓劑EK與0.05%含氮硼酸酯BT復(fù)配的軋制油PB值均大于400 N，且?大于9.50，都能滿(mǎn)足銅箔軋制油所需基本摩擦學(xué)性能要求[11]；而極壓抗磨劑添加量小于0.20%時(shí)，對(duì)提高軋制油的綜合極壓抗磨潤(rùn)滑性能影響較小。在軋制變形區(qū)，軋制潤(rùn)滑油的極壓抗磨潤(rùn)滑系數(shù)?值越大，其油膜承載能力越強(qiáng)，若軋件表面形成的油膜的承載能力超過(guò)軋制壓力，則油膜及其良好的抗磨減摩性能可以很好地防止或減少軋制過(guò)程中軋輥與銅箔直接接觸，既保證良好的潤(rùn)滑狀態(tài)，又改善銅箔的成形質(zhì)量，同時(shí)表明利用?能有效地分析潤(rùn)滑劑的摩擦學(xué)性能。

從表3中基礎(chǔ)油B139添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的新型磷系 EK與含氮硼酸 BT復(fù)配軋制油(w(EK):w(BT)=3:1)的最大無(wú)卡咬負(fù)荷可以看出，隨極壓抗磨劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，軋制油中氮、磷含量越高，其油膜承載能力逐漸增強(qiáng)，且對(duì)基礎(chǔ)油極壓性能的提高作用越來(lái)越顯著；當(dāng)EK質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%時(shí)，軋制油的PB值達(dá)到588 N，比不含極壓抗磨劑的油膜強(qiáng)度提高了150%。

圖2 摩擦因數(shù)μ和磨斑直徑D與極壓抗磨劑不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)(w(EK):w(BT)=3:1)的關(guān)系Fig.2 Variation of μ and D with mass fraction of extreme pressure anti-wear additive EK of w(EK):w(BT)=3:1

圖2所示為不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)極壓抗磨劑復(fù)配軋制油的摩擦因數(shù)μ和鋼球平均磨斑直徑D的變化。由圖2可知，添加極壓抗磨劑0.15%EK與0.05%BT復(fù)配后，其摩擦因數(shù)與磨斑直徑明顯減小，較不含極壓抗磨劑的分別降低約 5%和20%，說(shuō)明其減摩性與抗磨性增強(qiáng)。隨極壓抗磨劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，軋制油的D和μ值變化較小，說(shuō)明含極壓抗磨劑的軋制油抗磨減摩性能穩(wěn)定，同時(shí)也表明了新型氮磷極壓抗磨劑具有優(yōu)異的抗磨減摩性能，這可能一方面是由于在摩擦熱的作用下，含氮硼酸酯在摩擦表面發(fā)生了物理化學(xué)反應(yīng)，生成了B2O3，B2O3沉積物膜起潤(rùn)滑作用，有利于緩解由氧化鐵等組成的混合邊界潤(rùn)滑膜的磨損，從而提高潤(rùn)滑油的抗磨減摩性能；另一方面，BT與EK在摩擦過(guò)程中，相互競(jìng)爭(zhēng)金屬表面，引起磨損表面膜的組成發(fā)生改變，生成了更多的鐵氧化物，改善了潤(rùn)滑油的抗磨減摩性能[13]。因此，BT潤(rùn)滑油添加劑與EK有較好的協(xié)同增效作用和抗水解性能，通過(guò)在潤(rùn)滑油中添加這兩種添加劑，可以在一定程度上減少EK的用量，達(dá)到提高性能和保護(hù)環(huán)境雙重目的[13-14]。

圖3所示為不同條件下磨斑的SEM像及EDS能譜分析。從圖3可以看出，添加了極壓抗磨劑的磨斑表面附著一定量的磷，而磷具有優(yōu)異的抗磨作用，使其磨斑直徑減小[15]；同時(shí)，氮、硼元素的加入有助于磷在摩擦表面富集，金屬表面發(fā)生摩擦化學(xué)反應(yīng)形成磷酸鹽或亞磷酸鹽保護(hù)膜；硼的間隙化合物 FexB 能溶解游離態(tài)的硼，進(jìn)而形成固溶體，從而在摩擦表面形成復(fù)雜的滲透層，起到減摩抗磨作用[15]。EK與BT復(fù)配作為潤(rùn)滑油添加劑，EK的羥基與BT中的氮硼六元環(huán)基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)形成新的硼酸脂保護(hù)膜，同時(shí)，二者的協(xié)同增效作用有助于提高保護(hù)膜中磷元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，從而提高了添加劑的抗磨性。而當(dāng)摩擦條件變苛刻時(shí)，添加劑發(fā)生分解，直至分解出原子，一部分原子會(huì)滲進(jìn)表面形成固溶體或金屬化合物或間隙化合物，摩擦表面膜中含有 BN 和FeB等物質(zhì)，可認(rèn)為含氮硼酸酯的抗磨機(jī)理是在摩擦金屬表面上形成了由吸附膜、聚合物膜以及金屬局部高溫高壓生成的FeB和FeB2擴(kuò)散而成的滲硼及滲碳層三者組成的復(fù)合保護(hù)膜，這一復(fù)合膜起潤(rùn)滑作用[16]。

2.2 軋制變形區(qū)摩擦潤(rùn)滑分析

圖3 不同條件下磨斑的SEM及EDS譜Fig.3 SEM images ((a), (c)) and EDS spectra ((b), (d)) of wear scars lubricated with B139 ((a), (b)) and B139+0.15%EK ((c), (d))

圖4 軋制油各道次的軋制壓力變化曲線(xiàn)及其軋制壓力計(jì)算值Fig.4 Variation of average rolling force with rolling pass (a)and their calculated values (b)

圖4(a)所示為在四輥冷軋?jiān)囼?yàn)機(jī)上在相同的軋制規(guī)程、不同的潤(rùn)滑條件下平均軋制壓力與軋制道次的變化關(guān)系。由圖4(a)可知，與常規(guī)銅板帶軋制油CRO相比，使用新型含磷、氮銅箔軋制油潤(rùn)滑軋制壓力大幅下降，說(shuō)明使用銅箔軋制油軋制時(shí)，添加劑在銅箔與軋輥表面之間形成了化學(xué)吸附膜和摩擦化學(xué)反應(yīng)膜組成的邊界潤(rùn)滑膜，從而有效地減小了兩者直接接觸面積和冷軋時(shí)的摩擦因數(shù)，從而降低了軋制過(guò)程中的軋制壓力[11]。采用閃點(diǎn)高、運(yùn)動(dòng)黏度在4～6 mm2/s且磷、氮元素含量最高的軋制油的軋制潤(rùn)滑效果最明顯，與常規(guī)銅板帶軋制油 CRO時(shí)的軋制總壓力相比降低了26.30%左右，在實(shí)際生產(chǎn)中具有節(jié)能降耗的效果。

根據(jù)工程應(yīng)用的軋制壓力(P)公式[17]：

式中：為平均單位壓力；K為材料變形抗力；l/為變形區(qū)長(zhǎng)高比；S為軋輥和軋件的接觸面積，寬展忽略不計(jì)。根據(jù)表3中四球?qū)嶒?yàn)測(cè)定的摩擦因數(shù)計(jì)算得到的軋制壓力如圖4(b)所示，其計(jì)算值比實(shí)際冷軋實(shí)驗(yàn)測(cè)定值平均偏低4.64%(小于5%)；而使用磷和氮添加劑含量低于0.20%軋制潤(rùn)滑的軋制壓力計(jì)算值比其對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)值分別平均偏低8.12%和7.23%(均大于5%)。由式(2)計(jì)算得到一定誤差范圍的軋制壓力與實(shí)際冷軋實(shí)驗(yàn)測(cè)定軋制壓力變化趨勢(shì)基本一致，但曲線(xiàn)不重疊，略有偏差，且軋制油添加劑含量越高，理論值與實(shí)驗(yàn)值偏差越小，同時(shí)表明四球?qū)嶒?yàn)雖不能完全真實(shí)地反映軋制變形時(shí)的摩擦狀況，但對(duì)塑性加工變形區(qū)摩擦磨損分析可提供一定的理論指導(dǎo)。

在四輥冷軋實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行軋制，速度為60 r/min，經(jīng)過(guò)5個(gè)道次的軋制，不同潤(rùn)滑條件下各道次厚度變化關(guān)系曲線(xiàn)如圖5所示。隨著冷軋道次的不斷增加，軋件所產(chǎn)生加工硬化越來(lái)越嚴(yán)重，導(dǎo)致變形抗力顯著增加。根據(jù)Stone公式[17]可以導(dǎo)出軋輥彈性壓扁時(shí)的最小可軋厚度與摩擦因數(shù)、軋輥直徑和軋輥材質(zhì)等參數(shù)相關(guān)。當(dāng)軋機(jī)的基本參數(shù)保持不變時(shí)，摩擦因數(shù)與最小可軋厚度(hmin)成正比，則軋件最小可軋厚度可直接反映軋制油的工藝潤(rùn)滑性能。由圖5可知，銅箔軋制使用運(yùn)動(dòng)黏度較低的基礎(chǔ)油B132添加0.15% EK潤(rùn)滑的最小可軋厚度達(dá)到26 μm，與常規(guī)銅板帶軋制油CRO相比hmin減小了31.57%。表4所列為軋制過(guò)程中平均軋制壓力、最小可軋厚度以及影響軋制油摩擦潤(rùn)滑性能的指標(biāo)。由表4可以看出，軋制油的極壓抗磨潤(rùn)滑系數(shù)?代替極壓潤(rùn)滑系數(shù)RL和極壓抗磨系數(shù)w，不僅能準(zhǔn)確地分析潤(rùn)滑劑的摩擦學(xué)性能，而且與用于表征軋制過(guò)程潤(rùn)滑狀態(tài)的軋制壓力、最小可軋厚度的結(jié)果一致。在軋制過(guò)程中，采用新型含磷、氮銅箔軋制油潤(rùn)滑能有效控制和降低軋輥與軋件之間的摩擦因數(shù)和軋制總壓力，增強(qiáng)軋制潤(rùn)滑效果。

圖5 不同潤(rùn)滑條件下各道次銅箔的軋制厚度Fig.5 Rolling thicknesses of copper foil with rolling passes under different lubrication conditions

表4 軋制油工藝潤(rùn)滑性能參數(shù)Table4 Performance parameters of rolling oil in lubrication process

2.3 銅箔摩擦磨損行為分析

表面粗糙度是衡量銅箔軋后表面質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)，其中最常用的粗糙度參數(shù)有Ra(輪廓的中線(xiàn)平均值)、Rv(輪廓的最大谷深)和Rp(輪廓的最大峰值)。在軋制過(guò)程中，對(duì)使用各種軋制油潤(rùn)滑后的銅箔表面進(jìn)行整體觀(guān)察，不存在明顯的宏觀(guān)缺陷，表面光潔度高。軋制潤(rùn)滑主要為邊界潤(rùn)滑，兩接觸表面上的微凸體發(fā)生部分接觸，變形區(qū)內(nèi)壓力一部分由流體承擔(dān)，另一部分則由相接觸的微凸體承擔(dān)。

圖6所示為不同潤(rùn)滑條件下銅箔軋后表面粗糙度。從圖6可以看出，銅箔軋后表面的Rp值基本不變，而潤(rùn)滑條件下Rv值卻變化較大。結(jié)合表3分析可知，使用運(yùn)動(dòng)黏度為4.62 mm2/s的軋制油 B132+0.15%EK潤(rùn)滑時(shí)，銅箔的?值最大，軋制總壓力最小，軋制厚度最小，表面粗糙度Ra(0.30 μm)最小，比使用常規(guī)銅板帶軋制油 CRO時(shí)降低了 34.9%。這是因?yàn)椴煌瑵?rùn)滑條件下軋制變形區(qū)所處的潤(rùn)滑狀態(tài)不同，當(dāng)銅箔軋制油運(yùn)動(dòng)黏度γ40≤15 mm2/s時(shí)，軋制變形區(qū)屬于邊界潤(rùn)滑狀態(tài)[18]。當(dāng)摩擦表面上的載荷增大、溫度升高、軋制油 CRO的黏度減小時(shí)，其油膜厚度也減小，摩擦面間的油膜厚度繼續(xù)減薄，進(jìn)而發(fā)生破裂，形成局部干摩擦，磨損劇增。銅箔屬于軟金屬材料，其界面強(qiáng)度明顯低于鋼材軋輥的界面強(qiáng)度，軋輥與銅箔表面之間粘結(jié)，進(jìn)而導(dǎo)致銅箔撕脫并向鋼輥轉(zhuǎn)移，發(fā)生黏著磨損，導(dǎo)致銅箔表面輪廓呈現(xiàn)明顯的凹坑與微凸體。而采用工藝潤(rùn)滑，添加劑分子可以在金屬表面聚合生成高分子聚合物膜，抑制金屬表面的磨損，即添加劑在金屬表面的微凸體上發(fā)生聚合反應(yīng)，形成較堅(jiān)韌的聚合物膜，能減緩兩表面微凸體的直接接觸，抑制微凸體間的焊接現(xiàn)象；同時(shí)由于酯含量較高，可能有剩余的聚合物從微凸體上流出，進(jìn)入相鄰的凹坑中，填補(bǔ)凹坑，降低了輥縫間的摩擦因數(shù)，使摩擦表面變得較平滑一些，進(jìn)一步降低了軋制變形區(qū)的摩擦及磨損。

圖6 不同潤(rùn)滑條件下軋件的表面粗糙度Fig.6 Rolled surface roughness under different lubrication conditions

圖7所示為不同潤(rùn)滑條件下軋后銅箔的三維表面形貌。由圖7可知，采用常規(guī)軋制油CRO的板面局部存在剝落的殼層，摩擦副呈現(xiàn)明顯的撕裂、黏著、凹痕和犁溝現(xiàn)象，且深淺不一，分布雜亂，導(dǎo)致板面粗糙，如圖7(a)所示。在新型氮、磷添加劑潤(rùn)滑條件下，添加劑與摩擦表面反應(yīng)，軟化了基體，同時(shí)多道次軋制加劇了摩擦副表面的塑性變形，表面呈現(xiàn)犁溝和塑性變形痕跡。含酸、酯的極性基團(tuán)在軋制過(guò)程中發(fā)生摩擦化學(xué)反應(yīng)，在軋件表面形成極壓膜和皂化膜，其在塑性加工過(guò)程中被壓碎、脫落，反應(yīng)—脫落—再反應(yīng)—再脫落不斷地循環(huán)，產(chǎn)生化學(xué)磨損[19]。銅箔軋制過(guò)程中犁削、剝離、化學(xué)磨損和黏著磨損同時(shí)存在，且黏著磨損機(jī)制起主導(dǎo)作用。采用新型氮、磷添加劑潤(rùn)滑時(shí)，銅箔軋后板面質(zhì)量得到了有效改善[18]，被撕脫軟碎片可能被軋制油帶出變形區(qū)，或軋制油在金屬表面上的成膜有效地減緩了軋制過(guò)程的黏著、熔焊等現(xiàn)象。

圖7 不同潤(rùn)滑條件下軋后銅箔三維表面形貌Fig.7 Surface 3D topographys of rolled copper foil under different lubricating conditions: (a) Lubricated with CRO; (b) Lubricated with B158+0.15%EK; (c) Lubricated with B132+0.15%EK; (d) Lubricated with B139+0.15%EK

比較圖7(b)、(c)和(d)可以看出，圖7(c)中表面十分平整，光潔度較好，表面劃痕磨損以及殘留的油斑較少，僅存在少量黏著和輕微的犁溝，表明摩擦表面產(chǎn)生了摩擦保護(hù)膜，也驗(yàn)證了較小且穩(wěn)定的摩擦因數(shù)對(duì)應(yīng)著光滑的銅箔表面所使用的軋制油；銅可與潤(rùn)滑劑中的活性元素P發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在銅摩擦表面以磷酸鹽和聚磷酸鹽Cu3P和CuHPOx的形式存在，EK是一種活性極強(qiáng)的添加劑，可與金屬鐵產(chǎn)生穩(wěn)定的金屬化合物[20]。Cu元素主要存在形式為CuO和Cu2O，C元素和N元素歸屬于有機(jī)化合物中的C和N，說(shuō)明C和N在摩擦過(guò)程中，是以有機(jī)化合物為主的摩擦吸附膜形式存在。圖7(d)表面次之，上面有少量黏著、劃痕和犁溝，且分布均勻；圖7(b)表面較前兩者較差，黏著和劃痕雜亂地分布于軋后表面。可以明顯地看到，由于摩擦不均勻產(chǎn)生滯留而形成的痕跡，表面出現(xiàn)較輕微的黏著磨損現(xiàn)象，且軋輥與銅箔接觸表面的摩擦因數(shù)大，導(dǎo)致軋制壓力高(見(jiàn)圖4)，軋輥表面溫度升高，軋輥凸度增加，摩擦副接觸面積增大，軋輥對(duì)金屬表面微凸體的黏著、犁削、剝離和碾壓作用增強(qiáng)，致使軋后板帶出現(xiàn)中浪。綜上分析可知，銅箔與軋輥是以黏著、犁削和剝離等形式產(chǎn)生摩擦磨損，黏著磨損占主導(dǎo)地位，銅箔軋后表面質(zhì)量的優(yōu)劣與軋制油的極壓抗磨潤(rùn)滑性能優(yōu)劣(?B158＜?B139＜?B132)相對(duì)應(yīng)。采用閃點(diǎn)高(＞130℃)、運(yùn)動(dòng)黏度為4～6 mm2/s的軋制油使得軋制油在軋制過(guò)程中能更好地吸附在軋輥與銅箔表面，并有效地隔離軋輥與銅箔及其新生表面的直接接觸，從而避免了過(guò)強(qiáng)的黏著磨損。

3 結(jié)論

1) 四球?qū)嶒?yàn)的鋼球摩擦形式不能完全真實(shí)地反映軋制變形區(qū)軋輥與軋件的實(shí)際摩擦狀況，基于最大無(wú)卡咬負(fù)荷PB、摩擦因數(shù)μ和磨斑直徑D3個(gè)指標(biāo)不具有統(tǒng)一性，不能直接反映出各影響因素的重要程度，提出了表征潤(rùn)滑劑摩擦學(xué)性能的新指標(biāo)——極壓抗磨潤(rùn)滑系數(shù)?。該系數(shù)能有效地評(píng)價(jià)極壓軋制油膜的抗壓能力及其抗剪切能力，且?值與軋制壓力和最小可軋厚度相對(duì)應(yīng)，對(duì)金屬加工中變形區(qū)摩擦磨損具有一定的指導(dǎo)意義。

2) 軋輥與銅箔的摩擦以黏著、犁削和剝離等多種磨損機(jī)制并存，黏著磨損起主要作用；銅箔軋制過(guò)程中，采用閃點(diǎn)高、運(yùn)動(dòng)黏度為4～6 mm2/s新型氮磷添加劑的軋制油，可避免過(guò)強(qiáng)的黏著磨損，且添加劑含量越高，潤(rùn)滑效果越明顯，其最小可軋厚度達(dá)到26 μm，軋件軋后表面十分平整、光潔。

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