基于复合制备工艺的不锈钢织构化表面摩擦学性能研究

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1、硕士学位论文基于复合制备工艺的不锈钢织构化表面摩擦学性能研究STUDYONTRIBOLOGICALPROPERTIESOFTEXTUREDSTAINLESSSTEELSURFACEBASEDONCOMPOSITEPREPARATIONPROCESS高鹏哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TH117.1学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文基于复合制备工艺的不锈钢织构化表面摩擦学性能研究硕士研究生：高鹏导师：赵小力副教授申请学位：全日制工程硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日

2、期：2018年6月25日授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TH117.1U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONTRIBOLOGICALPROPERTIESOFTEXTUREDSTAINLESSSTEELSURFACEBASEDONCOMPOSITEPREPARATIONPROCESSCandidate：GAOPengSupervisor：AssociateProf.ZHAOXiaoliAcademicDegreeAp

3、pliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June，25th2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要表面织构具有提升承载能力、降低摩擦磨损、提高工作寿命、改善摩擦学性能等积极作用，已成为当前摩擦学领域中的一个重要研究方向。

4、针对现有金属表面微观织构成型方法存在设备昂贵、工艺复杂、加工周期漫长等不足，本论文提出电场诱导与化学腐蚀/电解转印相结合的新型复合制备工艺，在不锈钢表面制备表面织构并对其摩擦学性能进行实验研究，探究该制备工艺用于表面织构的可行性。利用COMSOLMultiphysics多场耦合软件分析了电场诱导工艺参数（外加电场、极板间距、聚合物初始膜厚）和结构化模板参数（模板的高宽比、占空比）对聚合物在电场作用下形貌变化的影响规律。基于仿真分析结果，进行了聚二甲基硅氧烷(PDMS)聚合物材料电场诱导试验，开展了不锈钢圆盘和ITO导电玻

5、璃为极板进行PDMS无模板电场诱导试验，分析了诱导工艺参数对织构生长状态的影响规律；初步开展了结构化模板电场诱导试验，对结构化模板电场诱导成型过程进行简要分析，为后续化学腐蚀和电解转印提供掩膜。利用COMSOLMultiphysics分析了不锈钢材料的化学腐蚀过程和电解转印成型过程，研究了不锈钢材料电势变化过程，分析了电解参数（施加电压、极板间距等）对最终加工形貌的影响。利用电场诱导聚合物掩膜进行了化学腐蚀试验，得到织构化不锈钢表面，分析腐蚀参数（腐蚀时间、腐蚀液浓度）对腐蚀形貌的影响；分别以电场诱导聚合物掩膜ITO导电

6、玻璃和不锈钢为阴极和阳极，进行电解转印不锈钢表面织构化试验研究，分析了电解工艺参数（加工时间、加工电压、阴阳极间距）对腐蚀形貌的影响，制备了织构化不锈钢表面，为摩擦学性能研究提供基础。利用FLUENT流体仿真分析表面织构密度和油膜厚度对润滑性能的影响，开展了电解转印织构化不锈钢表面的滑动摩擦性能试验研究，分析试验工艺参数和织构参数对摩擦系数的影响规律；并利用自制冲击滑动试验台对电解转印不锈钢织构化表面进行冲击滑动摩擦学试验研究，研究试验工况参数和织构参数对摩擦系数的影响规律，为复合制备工艺用于表面织构成型提供了试验验证。

7、关键词：表面织构；电场诱导；化学腐蚀；电解转印；摩擦学性能I哈尔滨工业大学硕士学位论文AbstractThesurfacetexturehasthepositiveeffectofimprovingthebearingcapacity,reducingthefrictionandwear,improvingtheworkinglife,improvingthetribologicalperformanceandsoon,andhasbecomeanimportantresearchdirectioninthecurren

8、tfieldoftribology.Aimingattheexistingmetalsurfacemicro-weavingconstitutivemethods,therearedeficienciessuchasexpensiveequipment,complicatedprocessandlongprocess