表面織構在PDMS-鋼球摩擦副中潤滑效應的研究.pdf

1、表面織構(Surface texture)技術,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特性的一個有效手段,引起了人們的極大關注。學者們對其作用機理也進行了深入的研究,而研究對象主要集中在硬質材料,如陶瓷、鋼等；對于低彈性模量的軟材料(如PDMS)摩擦副,其作用機理的研究還較少。因此,探討在低彈性模量材料中,表面織構因發(fā)生接觸形變引起潤滑液流動,從而對其潤滑特性產生影響的規(guī)律是本文研究的主要內容。

2、r>　　 本文使用球-盤式摩擦試驗機,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.復模的軟光刻技術和光刻掩模電解加工技術,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的潤滑機理。本文的主要研究內容和獲得的結論如下:

3、
　　 第一,運用光刻-復模技術在PDMS材料表面制備了規(guī)整的微小凹坑陣列,結果顯示: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,運用光刻掩模電解技術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理。研究結果表明:當織構加工在PDMS表面時,能大幅降低摩擦因數(shù)；而當織構加工在鋼球表面時,其摩擦因數(shù)則遠高于無織構表面。
　　 第四,研究了試樣表面粗糙度對織構潤滑特性的影響,結果表明:當摩擦副處于混合潤滑狀態(tài)時,試樣表面粗糙度有一個最優(yōu)值范圍,在該范圍內,織構化的試樣具有最優(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)對表面織構化的PDMS材料/GCr15軸承鋼球的潤滑特性,得到表面織構的最優(yōu)化參數(shù):當使用60％甘油-水溶液潤滑,滑行速度為1mm/s時,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,相對于無織構降低了70.1％。
　　 本文對液體潤滑條件下,表面織構對PDMS/GCr15軸承鋼球摩擦副的摩擦學特性進行了試驗研究,研究結果初步探討了表面織構在PD