边界润滑条件下表面微细织构减摩特性的研究

表面织构(Surface texture)已被证明是一种提高表面承载力和改善表面摩擦学特性的有效方法。然而在边界润滑条件下,织构对表面摩擦性能的影响机制仍未明确。利用纳米压痕仪在碳钢表面制作了具有不同密度和深度(125~500nm)的划痕的点阵,并通过改进的四球试验机对其在边界润滑下的摩擦性能进行了评价。试验载荷为100~300N,相对滑动速度为0.19~1.33m/s。研究发现:在边界润滑条件下,深度为125nm的低密度"划痕"点阵具有良好的减摩效果。     

粗糙度对微凹坑织构化表面摩擦学性能的影响

为了研究表面初始粗糙度和微凹坑织构共存时的表面摩擦性能,采用激光微织构加工技术在不同粗糙度的试样表面上加工出不同几何形貌的微凹坑织构,在MMW-1A摩擦试验机上进行正交摩擦学性能试验。结果表明:在混合润滑区域,表面粗糙度对摩擦性能的影响最为明显,未织构表面越粗糙,摩擦因数越小;存在合适的微凹坑几何参数与表面初始粗糙度值组合,使得织构化粗糙表面的摩擦性能达到最优;表面初始粗糙度对织构化粗糙表面摩擦性能的影响最为重要,其次为微凹坑的面积占有率,最后为凹坑深度,并且织构几何参数与粗糙度之间的交互作用对摩擦性能的影响也是不能忽视的。     

部分沟槽表面织构摩擦学性能研究

采用紫外激光在GCr15圆盘试样表面加工出具有不同参数的部分沟槽,在HT-1000高温摩擦磨损试验机上,研究边界润滑状态下,不同载荷和速度下沟槽部分织构率和面积率对摩擦因数的影响。结果表明：在轻载下,随着部分织构率的增加,摩擦因数呈现先减小后增大的趋势,随着面积率的增加,摩擦因数呈现先增大后减小的趋势;部分沟槽表面织构在低速轻载下具有较好的减摩效果,但在高速重载下有增摩的现象。     

表面织构润滑减磨性能仿真分析方法实验验证

选用销-盘实验模型,以圆柱形表面织构为研究对象,通过实验测得表面织构的摩擦因数和盘试件磨损量,通过单元仿真分析得到油膜上表面压力最大值。引入相关系数,研究不同参数表面织构下,摩擦因数和磨损量与油膜上表面压力最大值之间相关关系。结果表明：数值分析得到的油膜压力最大值与实验得到的磨损量和摩擦因数之间在有着较高的相关性;单元仿真分析方法能够反映出表面织构润滑减磨性能的总体趋势,可用于确定表面织构优化参数,是一种有效减少实验的方法。但是该方法不能适用于表面织构直径较小时。     

微凹槽织构化表面在往复运动条件下的摩擦学特性

采用自主研制的激光微织构加工设备在45#钢试样表面制备出具有不同间距和夹角的微凹槽织构,在UMT-Ⅱ摩擦试验机上进行往复运动摩擦学性能试验。结果发现:在富油润滑条件下,当载荷较低、速度较大时,微凹槽织构具有较好的润滑减摩效果,织构面的平均摩擦因数最大比未织构面下降超过60%;凹槽夹角对摩擦因数的影响受载荷大小的影响,在给定的在载荷下,存在最优的夹角使摩擦因数最小;在其他几何参数相同的情况下,存在最优的槽间距使得平均摩擦因数达到最小,且最优的槽间距基本不受载荷大小的影响。     

表面织构在脂润滑条件下的摩擦性能研究

采用声光调Q二极管泵浦Nd:YAG激光加工系统在H13钢表面加工出不同密度的织构,以润滑脂作为润滑剂,利用MMW-1A型微机控制万能摩擦磨损试验机考察表面织构在不同载荷、不同转速条件下的摩擦磨损特性。实验结果表明:在脂润滑条件下表面织构能有效改善摩擦副表面的摩擦性能;与光滑无织构试样相比,表面织构试样的摩擦因数显著降低;一定范围内,随着织构密度的增加,平均摩擦因数呈现出先减小后增大的趋势,且织构密度为10%时的平均摩擦因数最小,最小平均摩擦因数为0.18,较光滑无织构试样减小32.23%;摩擦因数随着试验载荷的增大而减小,但随着转速的增加呈现出先减小后增大的变化趋势。     

人工髋关节球形凹坑微织构表面摩擦学性能研究*

为改善人工髋关节表面的摩擦学性能,在人工髋关节表面设计球形凹坑微织构;建立人工髋关节微织构表面的流体动压润滑模型,利用CFD软件ANSYS Fluent对微织构表面流体动压进行数值分析,得到摩擦副表面相对滑动时产生的油膜平均承载力以及摩擦因数,并分析表面微织构参数对摩擦学性能的影响。结果表明:在给定的织构参数范围内,平均承载力随深径比的增加呈现出先降低后升高再降低的趋势,随面积密度的增加呈先升高再降低的趋势;摩擦因数随深径比和面积密度增加的变化趋势与平均承载力相反;织构的最优参数分别为深径比0.06,面积密度25%。因此,在人工髋关节表面设置合适参数的球形凹坑微织构可以提高油膜平均承载力和降低摩擦因数,从而起到减小关节的摩擦磨损提高人工关节使用寿命的作用。     

凹槽型织构对钻头滑动轴承表面摩擦学性能影响分析

基于雷诺方程建立表面织构化滑动轴承润滑理论模型,探究不同织构参数(分布角度、深度、面积比、偏斜角度、长度)对钻头滑动轴承承载力和摩擦因数的影响规律.在油膜收敛和最小油膜厚度附近区域布置织构,有利于增加轴承表面润滑性能,而织构布置在油膜发散处反而会减小轴承承载力,增大摩擦因数.织构的最佳织构深度与轴承的工况相关,不同偏心...     

圆环形微凹坑织构表面的摩擦性能

利用数值模拟方法研究具有微圆环状凹坑织构平面在往复运动下的摩擦学性能,分析微圆环深度、圆环内外半径及面积比等织构几何参数对摩擦性能的影响,并与典型的圆柱形织构单元进行对比研究。结果发现,深度相同时,摩擦因数随着圆环宽度的增加而减小,圆环宽度较大时,摩擦因数随织构深度的增加而减小;圆环状织构的动压效应随着圆环宽度的减小而减小;与圆柱状织构表面相比,相同面积比条件下的圆环状织构的摩擦因数更小,同时圆环状织构在吸纳细小磨屑方面也优于圆柱状织构。     

表面织构布置方式对高分子材料摩擦磨损的影响

摩擦副动环使用316不锈钢材料,静环分别选用赛龙SXL、研理PREM和研理UNIV 3种高分子材料,通过摩擦磨损试验评估水润滑条件下凹坑表面织构布置方式对3种摩擦副的摩擦因数和磨损量等参数的影响规律,筛选合适的织构布置方式及摩擦副的高分子材料。试验结果表明,当硬材料与软材料作为一对摩擦副时,织构应布置在软材料试样上,这样有利于防止软材料变形后的凸峰嵌入到硬材料的织构凹坑中,可减小摩擦与磨损,改善摩擦副的润滑状况;此外,当表面织构布置在软材料试样上时,摩擦因数也最小;研究的3种高分子材料中,研理UNIV具有较好的摩擦学性能。     

微造型表面纹理的制备及摩擦机理研究

通过降低接触面积来减小表面纹理磨损,又通过对润滑油的存储实现动压润滑以及二次润滑来达到减摩抗磨的作用。在滑动接触过程中,接触条件不断变化,表面微造型加工质量的优劣以及是否依据其摩擦机理进行了纹理设计都会对摩擦特性的评估产生重要影响。本文对微造型纹理表面滑动接触中的摩擦机理进行了综述,介绍了表面微造型制备技术和表面微造型的应用,并探讨了表面微造型技术可能的发展方向。     

Friction and Wear Properties of Micro Textured DLC Coated Surfaces in Boundary Lubricated Sliding

In the present study, the friction and wear properties of boundary lubricated textured surfaces were investigated. The capability to feed lubricant into the interface of a sliding contact and to isolate wear particles was related to the shape, size and orientation of the texture patterns. Well-defined surface textures of square depressions or parallel grooves of different widths and distributions were produced by lithography and anisotropic etching of silicon wafers. Subsequently the wafers were PVD coated with thin, wear resistant DLC coatings, retaining the substrate texture. The surfaces were evaluated in reciprocating sliding against a ball-bearing-steel ball under starved or amply lubricated boundary lubrication conditions.     

纹理表面滑动摩擦稳态摩擦学性能

基于稳态滑动摩擦系统模型,采用球-盘摩擦副定量分析研究法向载荷、滑动速度、初始表面纹理和摩擦副材料对稳态摩擦因数的影响,得到稳态摩擦因数在不同工况下的变化规律。结果表明：滑动摩擦的稳态摩擦因数与磨损率正相关,周向纹理表面的稳态摩擦因数最大,无纹理表面的稳态摩擦因数次之,径向纹理表面的稳态摩擦因数最小;无论何种初始表面形貌,随着转速的增加,稳态摩擦因数先减小后增大,随着法向载荷的增大,稳态摩擦因数呈增长趋势;较深较宽的表面纹理具有更大的稳态摩擦因数和更大的瞬时波动;稳态摩擦因数也与摩擦副材料的选取有关。     

碳化硅陶瓷的水润滑特性及其表面微细织构的优化设计

采用在碳化硅（SiC）陶瓷表面加工表面织构的方法来提高水润滑下SiC陶瓷的承载能力。表面织构由两种直径不同的凹坑阵列混合而成,目的在于利用不同的凹坑阵列分别促进表面间流体动压力的产生和表面跑合的进程。制作了直径为350μm和边长为40μm的凹坑以及由它们混合而成的表面织构,对SiC陶瓷表面的摩擦学特性进行了测试,并以摩擦因数突然上升时的载荷作为指标评价了上述几种表面的承载能力,结果表明,混合有不同尺寸凹坑的织构与具有单一尺寸凹坑的织构相比,承载能力显著提高。     

润滑点接触粗糙表面滑动摩擦因数的实验研究

利用多功能微摩擦试验机,在轻载荷条件下测量了具有横向纹理圆盘表面的摩擦因数,得到了包括流体润滑、混合润滑和边界润滑完整的Stribeck曲线。考虑了载荷和时间对实验结果的影响,对不同粗糙度表面的Stribeck曲线进行了比较。实验的初步结果表明:增加载荷与实验时间,会获得更加稳定的实验结果;表面越粗糙,从混合润滑向流体润滑转换的临界速度越大;表面越光滑,Stribeck曲线的“谷底”越明显。     

A Hydrostatic Laser Surface Textured Gas Seal

A theoretical model is developed to study the effect of partial laser surface texturing (LST) on a hydrostatic gas seal. The partial LST provides a mechanism for hydrostatic pressure build up in the sealing dam similar to that of a radial step. The surface texturing parameters are numerically optimized to obtain maximum efficiency in terms of the ratio of load carrying capacity over gas leakage. The performance of the optimum partial LST seal compares favorably with that of a radial step seal.     

表面织构创新设计的研究回顾及展望

近十年来,作为一种可以显著提高界面性能的方法,表面织构已成为国内外界面科学领域的一个研究热点。微细加工技术的进步,使得通过精确控制织构的形状和尺度,优化其界面性能成为可能;仿生技术的发展为表面织构设计提供了源泉;对表面织构作用机制的深化理解促使了其应用领域的扩展。目前,表面织构的应用已涉及减摩、抗磨、增摩、减振、抗粘附、抗蠕爬等多个领域。TRIZ理论认为实现发明创新的基本原理和规律是客观存在的。人们如果掌握这些原理和规律,就可以能动地进行设计和创新,其结果具有预测性和可控性。对表面织构的研究进展进行了综述,从TRIZ理论的角度进行了归纳和总结,并通过TRIZ理论对表面织构研究的发展趋势进行了展望。     

常用钢磨削纹理方向与其表面摩擦因数的关系

采用平面磨削加工方法在20钢、45钢、40Cr钢表面加工出不同方向纹理(0°,30°,45°),研究了磨削加工纹理方向与其表面粗糙度和摩擦因数的关系.结果表明:相同磨削加工条件下,不同表面纹理方向的材料表面粗糙度由大到小依次为0°,30°,45°;当摩擦方向与表面纹理成一定角度时的摩擦因数要比其与表面纹理垂直时的要小;40Cr钢摩擦因数受表面纹理方向的影响要比45钢、20钢的要小.