柔性材料表面織構(gòu)潤滑機理的實驗研究.pdf

1、近年來，表面織構(gòu)技術(shù)因其具有的降低摩擦、減小磨損和提高承載能力等特點，引起了人們的極大關(guān)注，在汽車發(fā)動機、滑動軸承、人工關(guān)節(jié)以及磁介質(zhì)存儲等許多領(lǐng)域中有著極其廣泛而重要的應(yīng)用。目前對表面織構(gòu)技術(shù)的研究，主要集中在硬質(zhì)材料方面，如陶瓷、鋼等；而對于由低彈性模量柔性材料所組成的摩擦副，表面織構(gòu)的研究還未見有報導(dǎo)。因此，探討因柔性材料表面織構(gòu)的接觸彈性形變而引起的潤滑液流動對其摩擦特性的影響規(guī)律成為掌握和豐富表面織構(gòu)設(shè)計原則的關(guān)鍵。
　

2、　 本文采用光刻—復(fù)模的微細表面加工技術(shù)，在聚二甲基硅氧烷（PDMS）柔性材料表面加工了微小凹坑陣列；并對材料的相關(guān)機械性能，如硬度、彈性模量、表面粗糙度和表面接觸角等參數(shù)進行了測試；最后，以不同幾何參數(shù)的微小凹坑陣列表面織構(gòu)PDMS 材料/GCr15 軸承鋼球作為配對摩擦副，在自制的摩擦實驗機上測試滑行速度、表面織構(gòu)幾何參數(shù)對水潤滑下摩擦因數(shù)的影響，并進行了相關(guān)的潤滑理論數(shù)值計算，初步探討了柔性材料表面織構(gòu)的潤滑機理。本文獲得的主要

3、結(jié)論和創(chuàng)新性成果如下：
　　 第一，運用軟光刻技術(shù)中具有代表性的復(fù)制模塑法在PDMS 柔性材料表面制備了規(guī)整的微小凹坑陣列，輪廓儀照片顯示：光刻—復(fù)模法制備的凹坑陣列圖案清晰而均勻，表面平整無缺陷。
　　 第二，考察了PDMS 材料制備工藝對其機械物理特性的影響，并初步研究了本研究所設(shè)計的各種幾何參數(shù)的表面織構(gòu)微小凹坑陣列對PDMS 材料表面浸潤性的影響。
　　 第三，研究了表面織構(gòu)PDMS 材料/GCr15 軸

4、承鋼球的摩擦學(xué)特性，并與無織構(gòu)光滑表面PDMS/GCr15 軸承鋼球的摩擦學(xué)特性作了對比，結(jié)果表明：表面織構(gòu)的存在，具有優(yōu)異的減摩效果，如在滑行速度v=40 mm/s，凹坑直徑d=100 μm，深徑比h/d= 0.05，面積率 r =4.9％時，出現(xiàn)摩擦因數(shù)的最小值0.112，相比光滑表面PDMS的摩擦因數(shù)減小了88.81％；同時，在一定條件下，表面織構(gòu)又能夠起到增加摩擦的作用，如在滑行速度v=60 mm/s 時，在凹坑直徑d=50μm