平行織構涂層摩擦學性能的數(shù)值模擬與實驗研究.pdf

1、摩擦學，作為一種研究物體表面摩擦行為的學科，主要涉及相對運動物體間的摩擦、磨損、潤滑現(xiàn)象，及其三者之間的相互關系。近幾年，表面織構作為一種能夠有效改善表面摩擦學性能的技術手段，并廣泛應用于表面油膜動壓潤滑及干摩擦中，深受國內(nèi)外學者的青睞。與此同時，在表面織構方面的數(shù)值模擬和試驗研究都日益成為摩擦學學術界的研究熱點。本課題的研究內(nèi)容包括，基于數(shù)值模擬方法分析了流體動壓潤滑情況下，表面凹槽織構的摩擦學性能，并在干摩擦情況下研究了平行凹槽織構

2、的摩擦學性能，探討了納米SiC對平行織構涂層的影響及摩擦學性能分析。
　　首先，本文研究了非穩(wěn)定潤滑膜厚情況下，表面凹槽織構化的動壓潤滑作用，建立計算機流體動力學（CFD）模型，采用FLUENT軟件模擬了表面凹槽織構的動壓油膜承載能力。通過分析凹槽織構的最優(yōu)深度與寬度、膜厚之間的關系，得到了織構最優(yōu)化深度受到寬度的影響，提出凹槽設計模型的最優(yōu)參數(shù)組合為：W=0.5，D=0.7。表面凹槽織構的最優(yōu)深度不受膜厚影響，卻對寬度很敏感，W

3、=0.5時對應的油膜承載的穩(wěn)定性最強。
　　其次，在GCr15鋼基體材料上，以等離子噴涂工藝制備了KF301+WS2+La2O3復合潤滑耐磨涂層；結合激光重熔和表面微織構工藝方法，在該試樣表面加工出平行紋理織構化的涂層。通過摩擦磨損試驗，對摩擦系數(shù)和磨損量的分析研究，觀測磨損后的形貌，及用能譜（EDS）來分析表面成分的變化，研究表明，表面織構對涂層的摩擦學性能有提升作用。
　　最后，以納米SiC材料作為填料，結合激光重熔和表

4、面織構工藝方法，在復合潤滑耐磨涂層表面制備了納米SiC顆粒改性的平行織構涂層，通過電子顯微掃描分析，較未改性的涂層表面相比，納米SiC改性的織構復合涂層的內(nèi)部結構得以細化，結合力增強。通過高溫摩擦磨損試驗，獲得改性織構涂層的摩擦系數(shù)下降，同時其磨損量有所減少。這說明了，納米SiC顆粒的改性提升了原涂層的摩擦學性能。
　　總之，表面織構化的涂層能夠改善摩擦副的摩擦學性能，在表面微織構的形態(tài)設計、分布情況、適用工況等方面影響著摩擦學性