表面織構(gòu)在PDMS-鋼球摩擦副中潤滑效應(yīng)的研究.pdf

1、表面織構(gòu)(Surface texture)技術(shù),以其優(yōu)異的降低摩擦、減小磨損和提高承載能力等特性,已經(jīng)被證明是改善表面摩擦學(xué)特性的一個(gè)有效手段,引起了人們的極大關(guān)注。學(xué)者們對其作用機(jī)理也進(jìn)行了深入的研究,而研究對象主要集中在硬質(zhì)材料,如陶瓷、鋼等；對于低彈性模量的軟材料(如PDMS)摩擦副,其作用機(jī)理的研究還較少。因此,探討在低彈性模量材料中,表面織構(gòu)因發(fā)生接觸形變引起潤滑液流動,從而對其潤滑特性產(chǎn)生影響的規(guī)律是本文研究的主要內(nèi)容。

2、r>　　 本文使用球-盤式摩擦試驗(yàn)機(jī),在去離子水和60％甘油.水溶液兩種潤滑條件下,研究表面織構(gòu)在PDMS試樣/GCr15軸承鋼球摩擦副中的潤滑特性。分別采用光刻.復(fù)模的軟光刻技術(shù)和光刻掩模電解加工技術(shù),在PDMS(polydimethylsiloxane,硅橡膠)材料和鋼球表面加工了具有不同幾何參數(shù)的微小凹坑陣列；通過對比表面織構(gòu)在該摩擦副中不同摩擦表面上的潤滑特性,初步探討了表面織構(gòu)的潤滑機(jī)理。本文的主要研究內(nèi)容和獲得的結(jié)論如下:

3、
　　 第一,運(yùn)用光刻-復(fù)模技術(shù)在PDMS材料表面制備了規(guī)整的微小凹坑陣列,結(jié)果顯示:該工藝制得的凹坑陣列圖案清晰而均勻,表面平整無缺陷；另外,運(yùn)用光刻掩模電解技術(shù)在鋼球表面成功制造了微小凹坑陣列,通過形貌儀觀察可知,凹坑形狀完整,側(cè)壁垂直度較好,底部平整。
　　 第二,考察了各種幾何參數(shù)的PDMS試樣表面微小凹坑織構(gòu)對其表面浸潤性的影響。
　　 第三,在去離子水和60％甘油-水溶液兩種潤滑條件下,通過對比表面織

4、構(gòu)在PDMS/GCr15軸承鋼球摩擦副中不同摩擦表面上的潤滑特性,初步探討了其潤滑機(jī)理。研究結(jié)果表明:當(dāng)織構(gòu)加工在PDMS表面時(shí),能大幅降低摩擦因數(shù)；而當(dāng)織構(gòu)加工在鋼球表面時(shí),其摩擦因數(shù)則遠(yuǎn)高于無織構(gòu)表面。
　　 第四,研究了試樣表面粗糙度對織構(gòu)潤滑特性的影響,結(jié)果表明:當(dāng)摩擦副處于混合潤滑狀態(tài)時(shí),試樣表面粗糙度有一個(gè)最優(yōu)值范圍,在該范圍內(nèi),織構(gòu)化的試樣具有最優(yōu)的摩擦性能。在本文中,粗糙度Ra為230nm的W7試樣即為最優(yōu)粗糙度

5、試樣。
　　 第五,研究了不同凹坑幾何參數(shù)對表面織構(gòu)化的PDMS材料/GCr15軸承鋼球的潤滑特性,得到表面織構(gòu)的最優(yōu)化參數(shù):當(dāng)使用60％甘油-水溶液潤滑,滑行速度為1mm/s時(shí),凹坑直徑為100μm、面積率為10.4％的試樣出現(xiàn)摩擦因數(shù)的最小值為0.086,相對于無織構(gòu)降低了70.1％。
　　 本文對液體潤滑條件下,表面織構(gòu)對PDMS/GCr15軸承鋼球摩擦副的摩擦學(xué)特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究,研究結(jié)果初步探討了表面織構(gòu)在PD