柔性材料表面織構潤滑機理的實驗研究.pdf

1、近年來，表面織構技術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注，在汽車發(fā)動機、滑動軸承、人工關節(jié)以及磁介質存儲等許多領域中有著極其廣泛而重要的應用。目前對表面織構技術的研究，主要集中在硬質材料方面，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，表面織構的研究還未見有報導。因此，探討因柔性材料表面織構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設計原則的關鍵。
　

2、　 本文采用光刻—復模的微細表面加工技術，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進行了測試；最后，以不同幾何參數的微小凹坑陣列表面織構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、表面織構幾何參數對水潤滑下摩擦因數的影響，并進行了相關的潤滑理論數值計算，初步探討了柔性材料表面織構的潤滑機理。本文獲得的主要

3、結論和創(chuàng)新性成果如下：
　　 第一，運用軟光刻技術中具有代表性的復制模塑法在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計的各種幾何參數的表面織構微小凹坑陣列對PDMS 材料表面浸潤性的影響。
　　 第三，研究了表面織構PDMS 材料/GCr15 軸

4、承鋼球的摩擦學特性，并與無織構光滑表面PDMS/GCr15 軸承鋼球的摩擦學特性作了對比，結果表明：表面織構的存在，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，出現摩擦因數的最小值0.112，相比光滑表面PDMS的摩擦因數減小了88.81％；同時，在一定條件下，表面織構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