仿生凹坑与纳米碳化硅_镍基复合镀层耦合表面的磨损性能

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1、第４２卷第１期吉林大学学报（工学版）Ｖｏｌ．４２Ｎｏ．１２０１２年１月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＥｄｉｔｉｏｎ）Ｊａｎ．２０１２仿生凹坑与纳米碳化硅／镍基复合镀层耦合表面的磨损性能郭蕴纹１，２，任露泉１，刘先黎１，张广城２，张志辉１（１．吉林大学工程仿生教育部重点实验室，长春１３００２２；２．长春工程技术学院，长春１３０１１７）摘要：为了探讨凹坑形态与纳米碳化硅／镍基复合镀层耦合表面的磨损性能，采用激光技术和电沉积技术制备了由凹坑

2、形态和纳米碳化硅／镍基复合镀层构成的仿生耦合表面，并进行了摩擦和磨损试验。结果表明，仿生耦合表面的磨损性能高于单纯复合镀层的磨损性能；随着磨损载荷的增加和磨损时间的延长，试样表面磨损机制由以塑性磨损为主逐渐转变成以粘着磨损、磨粒磨损为主的磨损机制。关键词：工程仿生学；仿生耦合；激光；纳米电沉积；复合镀层；磨损性能中图分类号：ＴＢ１７文献标志码：Ａ文章编号：１６７１－５４９７（２０１２）０１－００７４－０５Ａｂｒａｓｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｃｏｕｐｌｉｎｇｓｕｒｆａｃｅｏｆｂｉｏｎｉｃｃｏｎｃａｖ

3、ｅｐｉｔｓａｎｄｎａｎｏ－ｓｉｚｅｄＳｉＣ／Ｎｉｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏａｔｉｎｇｓ１，２，ＲＥＮＬｕ－ｑｕａｎ１，ＬＩＵＸｉａｎ－ｌｉ１，ＺＨＡＮＧＧｕａｎｇ－ｃｈｅｎｇ２，ＺＨＡＮＧＺｈｉ－ｈｕｉ１ＧＵＯＹｕｎ－ｗｅｎ（１．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＢｉｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００２２，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｈａｎｇｃｈｕｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３０１１

4、７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｌａｓｅｒａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｆａｂｒｉｃａｔｅｂｉｏｎｉｃｃｏｕｐｌｉｎｇｓｕｒｆａｃｅｓｗｉｔｈｃｏｎｃａｖｅｐｉｔｓｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙａｎｄｎｉｃｋｅｌｍａｔｒｉｘｎａｎｏ－ｓｉｚｅｄＳｉＣ／Ｎｉｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏａｔｉｎｇｓ．Ｔｈｅｔｒｉｂｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｂｉｏｎｉｃｃｏｕｐｌｉｎｇｓｕｒｆａｃｅｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙｆｒｉｃｔｉｏｎａｎｄａｂｒ

5、ａｓｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｗｅａｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｔｈｅｂｉｏｎｉｃｃｏｕｐｌｉｎｇｓｕｒｆａｃｅｓｉｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｗｉｔｈｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏａｔｉｎｇｏｎｌｙ．Ａｓｔｈｅｗｅａｒｌｏａｄａｎｄｔｉｍｅｉｎｃｒｅａｓｅ，ｔｈｅｔｒｉｂｏｌｏｇｉｃａｌｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅｓｔｒａｎｓｆｏｒｍｓｆｒｏｍｐｌａｓｔｉｃｄｏｍｉｎａｎｃｅｔｏａｄｈｅｒｅａｂｒａｓｉｏｎａｎｄｇｒａｉ

6、ｎａｂｒａｓｉｏｎｄｏｍｉｎａｎｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｂｉｏｎｉｃｓ；ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｕｐｌｉｎｇ；ｌａｓｅｒ；ｎａｎｏ－ｓｉｚｅｄｅｌｅｃｔｒｉｃｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏａｔｉｎｇ；ｗｅａｒｐｒｏｐｅｒｔｙ土壤动物蝼蛄、蜣螂、穿山甲，潮间带贝类以由非光滑形态和具有不同化学成分、组织结构的［１－５］及生活在沙漠地区的沙漠蜥蜴等体表对磨损具有材料复合而成。依据生物非光滑耐磨理论而与生俱来的耐磨能力。研究发现这些生物体表是进行的试验研究显示凹坑有利于提高

7、材料表面耐收稿日期：２０１１－０４－２７．基金项目：国家潜在油气资源（油页岩勘探开发利用）产学研用合作创新项目；吉林省重大科技攻关项目（０９ＺＤＧＧ００１）．作者简介：郭蕴纹（１９７５－），女，博士研究生，讲师．研究方向：仿生科学与工程．Ｅ－ｍａｉｌ：ｇｕｏｙｕｎｗｅｎ１１５＠１６３．ｃｏｍ通信作者：任露泉（１９４４－），男，教授，博士生导师，中国科学院院士．研究方向：工程仿生学．Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｑｒｅｎ＠ｊｌｕ．ｅｄｕ．ｃｎ第１期郭蕴纹，等：仿生凹坑与纳米碳化硅／镍基复合镀层耦合表面的磨损性能７５磨

8、性能，而激光技术已被普遍用于制备凹坑形仿ｍｉｎ；沉积温度为３０℃。阳极材料为电解镍板。［６］生非光滑表面。１．３组织结构表征与性能测试目前，仿生耐磨试验通常只考虑非光滑形态采用日本理学Ｄ／ｍａｘ２５００ＰＣ型Ｘ射线衍或改变材料表层成分、结构而对两者耦合后的耐射仪（ＸＲＤ）（ＣｕＫａ）对试样表面进行物相分析和磨性关注不足。激光加工制备非光滑凹坑单元体晶粒尺寸测定，其扫描速度为４°／ｍｉｎ；使用奥林主要是利用激光束在材料表面的熔蚀效应，导致巴斯ＯＬＳ３０００