磷酸盐激光玻璃在干燥和潮湿空气下的磨损性能

第43卷第7期2015年7月
硅酸盐学报Vol. 43，No. 7
July，2015 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY
DOI：10.14062/j.issn.0454-5648.2015.07.26 磷酸盐激光玻璃在干燥和潮湿空气下的磨损性能
张文利1，余家欣1，蔡勇1，蒋刚1，黄文2，吉方2
(1. 西南科技大学，制造过程测试技术教育部重点实验室，四川绵阳 621010；
2. 中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，四川绵阳 621900)
摘要：在往复式摩擦磨损试验机上采用石英玻璃球作为对摩副，研究了干燥和潮湿空气下磷酸盐激光玻璃的磨损性能。

结果表明：磷酸盐激光玻璃在潮湿空气下比干燥空气下表现出更好的耐磨性，应力腐蚀几乎不能促进该玻璃的材料去除。

此外，低载磨损时磷酸盐激光玻璃在潮湿空气中比干燥空气中更容易出现Hertz裂纹，然而高载下该玻璃表面的Hertz裂纹在潮湿空气中却表现得更为轻微。

与磷酸盐玻璃相反，石英玻璃球在潮湿空气下的磨损程度远高于干燥空气下，应力腐蚀对潮湿空气下石英玻璃球的磨损起到了主导作用。

关键词：磷酸盐钕玻璃；石英玻璃；磨损；应力腐蚀；摩擦化学反应
中图分类号：TH 117.1 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2015)07–1008–09
网络出版时间：2015–06–29 8:12:56 网络出版地址：/kcms/detail/11.2310.TQ.20150629.0812.001.html
Wear Behavior of Phosphate Laser Glass in Dry and Humid Air
ZHANG Wenli1, YU Jiaxin1, CAI Yong1, JIANG Gang1, HUANG Wen2, JI Fang2
(1. Key Laboratory of Testing Technology for Manufacturing Process, Ministry of Education, Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621010, Sichuan China; 2. Institute of Machinery Manufacturing Technology, China Academy of Engineering
Physics, Mianyang 621900, Sichuan, China)
Abstract: The wear behavior of phosphate laser glass against silica glass ball in dry and humid air was investigated by a reciprocating tribometer. The experimental results indicate that phosphate laser glass has a better wear resistance in humid air than that in dry air, and the stress corrosion cannot accelerate the material removal of phosphate laser glass. The Hertz cracks on the surface of phosphate laser glass form more easily in humid air rather than in dry air at a low load, while the cracks become relatively slight in humid air at a high load. The wear depth and volume of silica glass ball in humid air are greater than those in dry air, indicating that the stress corrosion has a dominant effect on the wear of silica glass in humid air.
Key words: neodymium-doped phosphate glass; silica glass; wear; stress corrosion; tribochemical reaction
磷酸盐激光玻璃作为一种优异的激光能量放大介质，被大量地用于包括美国“国家点火装置”和我国的“神光”装置在内的众多高功率激光系统中[1–3]。

磷酸盐激光玻璃的表面成形加工通常包括精密磨削、研磨和抛光等过程[4]，这些加工的本质是通过磨料和玻璃表面间的剪切磨损造成玻璃局部的材料去除。

然而由于以上加工过程通常在开放大气或液体环境中进行，因此空气中或液体中的水分子将不可避免地作用于加工过程中，进而对材料去除造成影响。

目前，应力腐蚀理论被认为是水分子加速玻璃基体结构破坏的主要机理，并得到国际学术界的广泛认同[5–6]。

大量研究表明，无论是空气中还是液体中的水分子，都会在应力存在的条件下通过水解反应破坏玻璃的主要结构键，形成应力腐蚀(如硅酸盐
收稿日期：2014–11–27。

修订日期：2015–02–03。

基金项目：国家自然科学基金项目(51205330)；西南科技大学杰出青年科技人才支持计划项目(13ZX9102)；西南科技大学研究生创
新基金(15ycx133)。

第一作者：张文利(1990—)，男，硕士研究生。

通信作者：余家欣(1982—)，男，博士，副教授。

Received date: 2014–11–27. Revised date: 2015–02–03.
First author: ZHANG Wenli(1990–), male, Master candidate.
E-mail: xuanli1989@.
Correspondent author: YU Jiaxin(1982–), male, Ph.D., Associate Professor. E-mail: yujiaxin@
第43卷第7期张文利等：磷酸盐激光玻璃在干燥和潮湿空气下的磨损性能· 1009 ·
玻璃体系中的Si―O―Si键[7]，以及磷酸盐玻璃体系中的P―O―P键[8])，应力腐蚀会造成玻璃中的裂纹扩展进而加速材料破坏。

磨损过程中，由于剪切应力的存在，应力腐蚀理论同样适用于解释水分子加速玻璃磨损的现象。

Surdyka等[9]研究了不同湿度下钠铝硅酸盐玻璃和钾铝硅酸盐玻璃的磨损特性，发现随着湿度的增加这两种玻璃的磨损加剧，说明高湿度下更多的水分子参与了应力腐蚀从而造成了更严重的材料磨损。

此外，He等[10]在对不同湿度下硼硅酸盐玻璃的磨损性能研究中也发现了类似的现象，即随着湿度的增加硼硅酸盐玻璃的磨损变得更剧烈，此结果也进一步支持了磨损过程中应力腐蚀的存在。

然而，近期He等[10]和Bradley等[11]在对特定成分的钠钙硅玻璃的磨损特性研究时发现，随着湿度的增大钠钙硅玻璃的磨损程度明显减小，此结果无法用应力腐蚀理论给予解释。

因此，应力腐蚀理论并不完全适用于解释水分子对所有玻璃磨损性能的影响。

特别对于磷酸盐激光玻璃，由于该玻璃的主要结构键为P―O―P键，这和硅酸盐玻璃中的Si―O―Si键存在较大差异，因此空气中的水分子对该玻璃的磨损性能造成的影响还不清楚，应力腐蚀是否会促进磷酸盐激光玻璃的磨损还值得考察。

为此，本实验使用直线往复摩擦磨损试验机，采用石英玻璃球作为对摩副，分别在干燥空气和相对湿度为55%~60%的潮湿空气环境下研究了磷酸盐激光玻璃的磨损性能。

通过对干燥和潮湿空气下磷酸盐激光玻璃和石英玻璃球的磨损体积、磨痕形貌的对比，以及对两种环境下产生的磨屑进行化学成分分析，揭示了空气中水分子对磷酸盐激光玻璃材料去除性能的影响。

1 实验
1.1 试验材料
试验所用的磷酸盐激光玻璃为中国科学院上海光学精密机械研究所提供的经过抛光的N31型磷酸盐钕玻璃。

试验时将玻璃切割成尺寸为20mm×8mm×2mm的玻璃片。

该玻璃的主要化学成分及含量如下：P2O5(50%~60%)，Al2O3(8%~12%)，K2O(10%~14%)，BaO(8%~12%)，Li2O(2%~3%)，Nd2O3(1%~3%)[3]。

对摩副为石英玻璃球，直径为3.9mm，其SiO2含量高达99%。

1.2 试验方法
试验前，磷酸盐激光玻璃片通过超声波清洗机先后在无水乙醇和纯水中分别清洗2min，取出后用纯水冲洗并通过高纯氮气吹干待用。

石英玻璃球采用同样方法洗净。

所有磨损试验均在同一台Rtec-MFT3000型多功能摩擦磨损试验机(Univeral Tribometer，USA)进行，该试验机配备白光干涉三维形貌仪以及自制的湿度控制装置。

磨损试验分别在相对湿度小于5%的干燥空气和湿度为55%~60%的潮湿空气中完成。

试验采用直线往复循环摩擦磨损方式，其中直线位移D=5mm，摩擦运动速率v=5mm/s，运行时间t=5min，载荷F n分别为0.4、0.9 N和1.5 N。

每种工况下的磨损试验至少重复5次以保证试验结果准确可信。

磨损试验结束后，使用白光干涉三维形貌仪对磨损后的磷酸盐激光玻璃片及石英玻璃球的磨损区域进行扫描，获得三维形貌并计算磨损体积。

随后在BX51-P型光学显微镜上对两对摩副磨损区域进行形貌表征。

最后利用IE450X-MAX80型X射线能谱仪对磨损后产生在磷酸盐玻璃片上的磨屑进行化学成分检测。

2 结果与讨论
2.1 磷酸盐激光玻璃的磨损性能
磨损试验结束后，首先用白光干涉三维形貌仪对磷酸盐激光玻璃磨损区域进行扫描，得到如图1所示的磨痕三维形貌。

在干燥空气下，磷酸盐玻璃的磨损区域有明显的磨沟产生，且随着载荷的增大，磨沟的深度和宽度逐渐增加，如图1a所示。

然而在潮湿空气下，磨损区域内并未观察到磨沟的产生；相反，磨痕所在位置表现出一定程度的表面隆起现象，如图1b所示。

由于材料在宏观磨损时不太可能产生高于原始表面的塑性变形[12]，因此潮湿空气下磷酸盐玻璃磨痕区域的隆起现象极有可能是由于磨屑堆积所致。

为了进一步验证以及定量统计潮湿空气下磷酸盐玻璃的磨损深度和体积，将图1b的磷酸盐激光玻璃片在超声波清洗机中清洗5min后再进行原位形貌观测，清洗后的磨痕三维形貌如图1c所示。

从图1c 可见，经清洗后发现磨痕区域的隆起现象消失，取而代之的是在磨损区域观察到深度较浅的凹槽。

此结果说明在未对玻璃进行清洗时，潮湿空气下磷酸盐玻璃表面的隆起是由于磨损后产生的大量磨屑粘附所致。

因此，相对于干燥空气而言，磷酸盐玻璃表面的磨屑在潮湿空气环境下更容易粘附于磨痕表面。

通过图1所示的三维形貌分别测得在干燥和潮湿空气下磨痕的横断面曲线以及估算得到的磨损体积，如图2所示。

对比干燥(图2a)和潮湿空气(图2b)下磨痕的横断面曲线，发现在干燥空气下玻璃表面
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的磨痕深度远大于潮湿空气下。

当载荷从0.4 N 增加至1.5 N 时，干燥空气下该玻璃的最大磨损深度从0.25 μm 增加至0.71 μm 。

在潮湿空气下，未清洗的磨损区域横断面轮廓呈凸起状；而清洗后的磨痕深度随着载荷的增加变化并不明显，其最大深度均小于0.05 μm ，仅磨痕宽度会随载荷的增加而变宽。

通过对磨痕体积的定量估算发现，干燥空气下当载
荷从0.4 N 增加至1.5 N 时，磨损体积从8.3×104 μm 3急剧增加至22.1×104 μm 3；而在潮湿空气下磨损体积仅从2.0×104 μm 3缓慢增加至3.6×104 μm 3，如图2c 所示。

可以发现，在相同载荷下，磷酸盐玻璃在干燥空气下的磨损体积远大于潮湿空气下的，此结果说明潮湿空气环境中的水分子并不利于磷酸盐玻璃的材料去除。

(a) Dry air, Surfaces without clean
(b) Humid air, Surfaces without clean
(c) Humid air, Surface after cleaning debris
F n －Load force (the same below).
图1 不同载荷下磷酸盐激光玻璃在干燥空气和潮湿空气中磨痕的三维形貌图
Fig. 1 Optical profilometry images of the wear tracks of phosphate laser glass in dry air and humid air under various loads
通常潮湿空气中的水分子被认为是引起玻璃材料结构破坏的重要环境因素[6]，特别在化学稳定性较差的磷酸盐钕玻璃上表现得更加明显[13–15]。

即使在没有外应力的条件下，当磷酸盐钕玻璃长期暴露潮湿空气中，玻璃也会发生潮解，会在玻璃表面
产生明显的潮解腐蚀坑[13]。

如果存在外应力，水分子会通过水解反应加速磷酸盐激光玻璃中微细裂纹的进一步扩展，从而造成玻璃的更严重的损伤，其化学反应方程可以简单的描述为：P ―O ―P + H 2O →2(P ―OH)[14–15]。

Crichton 等[14]在不同湿度环
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(a) Dry air
(b) Humid air
(c) Wear volume vs load
图2 不同载荷下磷酸盐激光玻璃在干燥和潮湿空气中磨损
区域的横断面轮廓曲线以及磨损体积随载荷变化曲线 Fig. 2 Cross-sectional profile curves of wear tracks of
phosphate laser glass in dry air and humid air under various loads, and the wear volume of phosphate glass as a function of load in dry air and humid air normal load
境下研究了磷酸盐激光玻璃在拉应力条件下的裂纹扩展情况，结果证实在同样的应力条件下，环
境湿度越大，玻璃中的裂纹扩展速度越快。

因此，空气中的水分子将破坏磷酸盐玻璃的P ―O ―P 结构键，导致玻璃进一步损伤。

如果按该应力腐蚀理论推理，由于磨损过程中剪切应力的存在，那么潮湿空气下磷酸盐激光玻璃将受到严重的应力腐蚀，这势必造成玻璃在潮湿空气中的磨损比在干燥空气中更为严重。

然而图2中的试验结果却表明潮湿空气中该玻璃的磨损深度和磨损体积几乎比干燥空气中小了1个数量级。

此外，作者进一步在相对湿度为30%和90%的空气中完成了验证实验，
实验结果类似，即在以上湿度环境下，磷酸盐激光玻璃的磨损体积均远小于干燥空气中。

综合而言，随着空气湿度的增加，磷酸盐玻璃磨损体积减小。

以上的结果表明，潮湿空气中的水分子造成的应力腐蚀对磷酸盐钕玻璃的材料去除影响微弱，换言之，应力腐蚀并不能促进磷酸盐激光玻璃的磨损。

相反，潮湿空气中的水分子似乎起到了抵制该玻璃被磨损的作用。

这样的结果对玻璃材料并不常见，目前仅仅在He 等[10]和Bradley 等[11]对特定成分的钠钙硅玻璃(soda lime silica glass)的研究中被观察到，他们推测这种现象是由于该钠钙硅玻璃中的钠
离子和吸附在玻璃表面的水合氢离子发生了离子交换所形成的水化层造成的。

由于水合氢离子的半径大于钠离子，因此水化层表现出更高的抗压强度，从而造成该玻璃在潮湿空气中更耐磨[10–11]。

对于磷酸盐玻璃而言，Tischendorf 等[16]的研究证实当其暴露在潮湿空气中，磷酸盐玻璃表面不可避免的存在水化层。

而水化层的力学性能是可能影响玻璃磨损性能的原因之一。

为此，采用显微硬度仪在98 mN 的载荷下分别测试了该磷酸盐玻璃在干燥空气和潮湿空气下的显微硬度，以检测潮湿空气下磷酸盐玻璃表面水化层的力学性能。

测试结果揭示潮湿空气下该玻璃的显微硬度比干燥空气下略有增加，但是增加幅度仅为4.7%。

需要注意的是，该玻璃在潮湿空气中的磨损体积比干燥空气中降低了近10倍(见图2)，如果仅依靠潮湿空气下玻璃表面水化层所增加的 4.7%的硬度很难达到如此低磨损的结果。

因此，即使磷酸盐激光玻璃在潮湿空气中形成的表面水化层能在一定层度上提高玻璃表层的力学性能，但是这对潮湿空气中磷酸盐玻璃磨损体积的显著降低贡献有限。

磷酸盐激光玻璃在潮湿空气中的低磨损量更多
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的应该来自于除水化层以外的其他相关摩擦化学反应，正是潮湿空气中的水分子通过与磷酸盐钕玻璃的摩擦化学反应而大大减小了该玻璃的磨损，但目前其具体反应机理还不清楚，还需要今后进一步更深入的研究。

除了摩擦化学反应之外，潮湿空气下磨痕所在位置粘附的大量微细磨屑对减小磷酸盐玻璃的磨损也起到一定促进作用。

随着摩擦运动的进行，这些粘附的磨屑在一定程度上充当了第三体，磷酸盐玻璃片和石英球间的磨损将从两体磨损转变为三体磨损。

在三体磨损中，磨屑层承载了部分的机械应力，在一定程度上起到了固体润滑的效果[17]，因此这对潮湿空气下磷酸盐玻璃的低磨损量也做出一定贡献。

经过清理磨屑后玻璃表面的磨斑形貌的光学显微镜照片如图3所示。

从图3a 可以看出，在干燥空气中，当载荷为0.4 N 时，在磨斑中心可观察到沿摩擦运动方向上的细小划痕；当载荷增加至0.9 N 时，磨斑中心出现了大量的环形Hertz 裂纹[18–19]并伴随材料脆性剥落；而当载荷增加至1.5 N 时，材料
脆性剥落变得十分严重。

从图3b 可见，在潮湿空气中，当载荷为0.4 N 时，磨斑中的犁沟不太明显，相反却能观察到可见的Hertz 裂纹；当载荷增加至0.9 N 时，环形Hertz 裂纹变得更加密集，但是并未观察到明显的材料脆性剥落；而当载荷增加至1.5 N 时，在环形Hertz 裂纹的基础上开始出现材料脆性剥落，但是相对干燥空气而言，其材料剥落程度轻微得多。

干燥空气中，由于没有水分子存在，磷酸盐玻璃的磨损可以被近似为纯机械磨损过程。

低载下，石英玻璃球表面的微凸体引发接触面上的局部高应力导致材料塑性变形，随着滑动的进行造成表面犁沟，这时磷酸盐激光玻璃的磨损形式以材料犁沟去除的磨粒磨损为主导。

当载荷进一步增加时，剪切应力大于材料的断裂强度，较大的剪应力使材料表面产生大量的Hertz 裂纹，并在反复的剪切作用下造成材料的脆性剥落和断裂[20]。

(a) Dry air, Surface after cleaning debris
(b) Humid air, Surface after cleaning debris
图3 不同载荷下在干燥空气和潮湿空气中磷酸盐激光玻璃的磨痕经清洗磨屑后的光学显微镜照片
Fig. 3 Optical microscopy images of wear tracks of phosphate laser glass after cleaning wear debris in dry air and humid air under
various loads
然而在潮湿空气中，在低载的0.4 N 下磷酸盐玻璃磨痕上更容易产生Hertz 裂纹，而高载下裂纹显现程度和材料剥落程度相对于干燥空气大幅度降低。

剪切作用下玻璃表面Hertz 裂纹的生成不仅受剪切应力大小的影响，而且受外界环境影响，即空气中的水分子的影响[9]。

据此，本研究通过显微压痕法[8]计算得到该磷酸盐玻璃在干燥空气中和潮湿
空气中的断裂韧性分别为(0.55±0.01) MPa·m 1/2和(0.50±0.01) MPa·m 1/2。

说明该玻璃的断裂韧性在潮湿空气中比在干燥空气中降低了近10%。

更低的断裂韧性将导致更低的断裂强度，因而在同样的剪切应力下，玻璃的磨损区域在潮湿空气中比干燥空气中更容易产生Hertz 裂纹。

当载荷为0.4 N 时剪切应力较低，该应力在干燥空气中还未达到磷酸盐钕玻
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璃的断裂强度，而在潮湿空气下已经达到其断裂强度，因此在潮湿空气中观察到少许Hertz 裂纹，而在干燥空气中却并未发现。

但是当载荷增加至0.9 和1.5 N 时，剪切应力较大，该应力强度足以使干燥和潮湿空气中的玻璃表面均产生Hertz 裂纹。

在此高应力状态下，断裂韧性在不同环境下表现出的10%的微小差异已不足以对磨损时裂纹的萌生状态造成影响。

相反，此时潮湿空气中的裂纹比干燥空气中更为轻微，该现象同样证实了应力腐蚀在磷酸盐玻璃磨损过程中并没发挥作用，而潮湿空气中更轻微的裂纹仍然与水分子参与的阻碍磷酸盐玻璃磨损的摩擦化学反应相关。

以上试验结果说明空气中的水分子虽然降低了磷酸盐激光玻璃的断裂强度，但是却并没有促进该玻璃的材料去除，应力腐蚀对磨损的影响微弱。

2.2 石英玻璃球的磨损性能
磨损试验后，同样使用白光干涉三维形貌仪对石英玻璃球的磨损区域也进行了三维形貌观测，结果如图4所示。

在干燥空气下，石英玻璃球随载荷的增加磨损变得严重，圆形磨痕区域逐渐增大，并
(a) Dry air
(b) Humid air
图4 干燥空气和潮湿空气中石英玻璃球在不同载荷下磨损后的三维形貌
Fig. 4 Optical profilometry images of wear region on silica glass ball in dry air and humid air under various loads
在磨斑沿摩擦运动方向的两端观察到少许磨屑粘附。

在潮湿空气中，石英玻璃球的磨损同样随载荷增大而增大，但在磨痕区域周围未发现有磨屑的堆积。

相同载荷下，潮湿空气中的石英玻璃球磨斑面积更大，且表面也更加平整。

图5为石英球磨损后的横断面曲线以及估算得到的磨损体积。

从图5a 和图5b 可以看出，在相同载荷下，潮湿空气中石英玻璃球的磨损比干燥空气中严重得多。

当载荷从0.4 N 增加至1.5 N 时，干燥空气下，石英玻璃球被磨损掉的球缺高度h 从0.57 μm 增加至1.30 μm ；而潮湿空气下，球缺高度h 从0.90 μm 增加到2.82 μm 。

此外，从图5 c 可以看出，干燥空
气下石英玻璃球的磨损体积从0.28×104 μm 3仅增加至2.73×104 μm 3；而潮湿空气条件下，磨损体积从0.72×104 μm 3急剧增加至5.37×104 μm 3。

图5表明，在潮湿空气下石英玻璃球的磨损明显比干燥空气下更加剧烈，这和磷酸盐玻璃表面所观察到的磨损结果(图2)完全不同。

此结果说明潮湿中的水分子大大促进了石英玻璃球的磨损，而这样的试验结果满足应力腐蚀理论的预期。

由于石英玻璃的主要化学结构是Si －O －Si 网络，水分子会通过水解反应破坏石英玻璃中的Si －O －Si 结构键，其化学反应方程为：Si －O －Si + H 2O →2(Si －OH)。

当有应力作用在Si －O －Si 网络结构上时，以上的
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化学反应会加速进行[21]。

随着摩擦剪切的进行，剪切应力始终作用于石英球上，潮湿空气中的水分子源源不断的参与水解反应并破坏Si－O－Si 网络，因而造成石英球的加速磨损。

相对于干燥空气中的纯机械磨损而言，以应力腐蚀为主导的摩擦化学反应加剧了石英球的磨损，造成了石英球在潮湿空气下的磨损体积远大于干燥空气。

Bradley等[11]对石英玻璃在0%~90%湿度环境下的磨损研究同样肯定了应力腐蚀在该玻璃摩擦化学反应中的主导作用。

(a) Dry air (b) Humid air (c) Wear volume vs. load
图5 不同载荷下石英玻璃球在干燥空气和潮湿空气中磨斑的横断面轮廓曲线以及玻璃的磨损体积随载荷变化曲线
Fig. 5 Cross-sectional profile curves of the wear scars on silica glass ball in dry air and humid air under various loads, and the wear volume of silica glass as a function of load in dry air and humid air
图6为石英玻璃球磨损区域形貌的光学显微镜
照片。

从图6可见，在干燥空气中石英球的磨斑附
近更容易粘附磨屑，而在潮湿空气中石英球磨斑附
近几乎未发现磨屑，这和在磷酸盐钕玻璃上观察到
的不同。

此外在潮湿空气中，石英球的磨损区域均
观察到裂纹的生成，而在干燥空气中并不明显。

此
结果进一步说明了潮湿空气中应力腐蚀对石英玻璃
磨损破坏的主导作用。

(a) Dry air
(b) Humid air
图6 干燥空气和潮湿空气中石英玻璃球在不同载荷下磨斑的光学显微镜照片
Fig. 6 Optical microscopy images of wear scars on silica glass ball in dry air and humid air under various loads
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2.3 磨屑分析
对磷酸激光玻璃的原始表面以及在干燥和潮湿空气下磷酸盐玻璃磨痕尽头所粘附的磨屑进行了EDS 能谱检测，结果如图7所示。

与原始表面相比，
(a) EDS spectrum of origin surface
(b) EDS spectrum of debris in dry air
(c) EDS spectrum of debris in humid air
图7 磷酸盐激光玻璃原始表面以及在干燥空气和潮湿空气
下磷酸盐激光玻璃磨斑尽头所粘附的磨屑的EDS 谱 Fig. 7 EDS spectra of the origin surface of phosphate laser
glass, and EDS spectra of the wear debris absorbed on phosphate glass in dry air and humid air
在两种环境条件下，磨屑中均不同程度出现了Si 元
素峰，且P 元素峰均有所减弱，说明磨屑为磷酸盐玻璃和石英玻璃两种材料的混合体。

此外对比图7b 和图7c 发现，潮湿空气下磨屑中的Si 元素的原子分数远大于干燥空气下的，而P 、K 元素的原子分数却小于干燥空气下的。

说明潮湿空气下磨屑中磷酸盐玻璃基体材料所占的比例下降，而由石英玻璃球磨损所造成的磨屑大量粘附在磷酸盐玻璃表面。

这表明潮湿空气在一定程度上阻碍了磷酸盐激光玻璃的磨损，但是却促进了石英玻璃球的磨损。

3 结论
1) 在同样的载荷条件下，磷酸盐激光玻璃在潮湿空气下的磨损深度和体积远低于干燥空气下的，因此应力腐蚀不能促进磷酸盐激光玻璃的材料去除，此时水分子参与的摩擦化学反应大大削弱了磷酸盐激光玻璃的磨损。

2) 低载磨损时，磷酸盐激光玻璃在潮湿空气中比干燥空气中更容易出现Hertz 裂纹，然而高载下该玻璃表面的Hertz 裂纹在潮湿空气中却表现得更为轻微。

3) 与磷酸盐激光玻璃的结果相反，石英玻璃球在潮湿空气下的磨损深度和体积远高于干燥空气下，因此空气中的水分子促进了石英玻璃的磨损，应力腐蚀对潮湿空气下石英玻璃球的磨损起到了主导作用。

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