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1、第26卷 第1期摩擦学学报Vol26,No12006年1月TRIBOLOGYJan,2006摩擦电化学与摩擦电化学研磨抛光研究进展翟文杰(哈尔滨工业大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨 150001)摘要:评述了水基介质和非水基介质中摩擦电化学的研究现状和进展,总结了摩擦电化学控制机理,进而在总结分析硬脆材料研抛机理的基础上提出摩擦电化学研抛原理,指出摩擦电化学研抛可望成为微电子基材高效研抛与平坦化的关键技术.关键词:摩擦电化学;腐蚀磨损;摩擦控制;摩擦电化学研抛中图分类号:TH117.2;TG115.5文献标识码:A文章编号:100420595(2006)0120092205 摩擦电化学是涉及
2、材料学、电磁学、力学、热力学硬度从而影响摩擦磨损性能,或将摩擦系数随电极电及表面物理化学和表面工程学等多学科知识高度交势变化归因于双电层作用和一定电势范围下气体的[11]叉的综合边缘学科.作为摩擦学的新兴分支学科,“摩产生.目前普遍认为,电势对边界摩擦性能的影响擦电化学”应用电化学理论和技术研究摩擦系统中固可归结为如下几方面的作用:通过双电层产生的静电体表面发生的各种物理和化学的变化,如界面吸附过斥力来减小摩擦接触面接触压力,从而减小实测摩擦[1]程和表面修饰膜的形成过程以及腐蚀磨损过程中系数;通过双电层(或外加)电场促使极性分子在摩擦[2]表面膜的行为以及腐蚀磨损控制,并通过研究电极表面的
3、吸附(或解吸)而影响摩擦;通过外加电场控制表面摩擦状况的改变与电极电位的关系,揭示外加电电极反应形成的边界反应膜来改变摩擦磨损特性.但势对系统摩擦学性能的影响机理.目前,水基介质下是,多种影响机制的综合作用、运动过程中摩擦状态摩擦电化学研究已日臻成熟,人们开始着重于非水基的改变以及摩擦表面物理化学性质变化的非可逆性,[3]介质摩擦电化学和对边界润滑下摩擦和磨损的电均使摩擦电化学系统的主动控制变得复杂难行.[4]化学控制及其应用等方面的研究.水基介质下摩擦电化学可用于实现塑性加工过[14]程的减摩耐磨,如针对铜丝拉拔加工,Su应用水基1 水基介质下的摩擦电化学[15]乳化液下的摩擦电化学润滑技
4、术,减少拉拔摩擦在水基介质下金属与金属或非金属摩擦时,金属力达35%,而且降低模具磨损,使铜线表面的质量有表面发生的电化学过程促其表面改性,从而影响系统较大提高.[5]的摩擦磨损行为.研究发现,金属表面的控制电位、水基介质下的摩擦电化学可应用三电极电化学[16,17]介质的pH值,以及影响摩擦或润滑状态的压力等工的稳态测量方法和瞬态测量方法.随着微纳米[6～10]况参量对系统的摩擦磨损特性有很大影响,并科学和测试技术的发展,形成了将扫描隧道显微镜、可应用电化学手段对水基摩擦系统表面膜的物理化原子力显微镜和电化学电解池结合一体,在微纳米范[7,11～13]学性质及其摩擦学特性进行控制.围进行原
5、位观测与研究的电化学扫描探针显微镜技在摩擦电化学系统中,金属的电极电位对双电层术,并在表面钝化膜和局部腐蚀等腐蚀电化学机理研[18]状态、电极反应种类以及速度、边界膜的生成与溶解究方面取得了进展.该扫描探针技术包括扫描开等具有重要影响.关于外加电势对摩擦副间相互作用尔文探针、扫描参比电极和扫描原子力擦伤技术,由的影响机理,最初学者认为电势可以改变摩擦界面的于可以从微观尺度得到电化学氧化和还原过程的详基金项目:黑龙江省博士后启动基金资助项目(ABQQ24408004).收稿日期:2005201213;修回日期:2005203217ö联系人翟文杰,e2mail:zhaiwenjie@hit.ed
6、u.cn作者简介:翟文杰,男,1964年生,博士,教授,目前主要从事摩擦电化学理论与应用研究.第1期翟文杰: 摩擦电化学与摩擦电化学研磨抛光研究进展93细信息,进而清晰地揭示其机理,该技术已成为电化(LSI)为主的电子元器件材料的性能,必须首先获得[19]学研究的热点之一.无加工变质层及无表面损伤的超精研磨抛光(简称研抛)表面.此类材料硬且脆,可加工性差,因此对该类2 非水基介质下的摩擦电化学材料的高效研抛已引起了研究者的普遍关注,并研究非水基介质下,因导电率低,传统的电化学测试出许多新型精密研抛方法.如通过外加能场增强“场(和分析方法不再适用.而由于矿物油作为非水溶性润助”)磨粒机械作用的
7、“磁性研抛”和“磁流体研抛”、滑剂的广泛使用,许多研究者针对油基介质边界润滑“电泳抛光”及“超声振动研抛”等方法.或混合润滑下的金属摩擦副,采用直接加电的“二电研抛的实质是利用摩擦学原理促进被加工件的极法”考察了外加电压对其摩擦磨损和跑合性能的影磨损进程及获得理想表面.为了提高加工效率和表面[20～22]响.研究发现,外加电压极性对摩擦系数和磨损质量,可以从增强机械作用、增大工件界面与液体的量及跑合性能均有明
