微凹坑形状对试件表面摩擦特性的影

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1、华南理工大学学报(自然科学版)第39卷第1期JournalofSouthChinaUniversityofTechnologyVol．39No．12011年1月(NaturalScienceEdition)January2011文章编号:1000-565X(2011)01-0106-05*微凹坑形状对试件表面摩擦特性的影响于海武袁思欢孙造王晓雷(南京航空航天大学机电学院，江苏南京210016)摘要:在试件表面分别加工圆形、正方形和椭圆形的微凹坑阵列，利用往复式摩擦试验法研究了微凹坑形状对试件表

2、面摩擦特性的影响．结果表明:在固定的微凹坑面积及深度下，每种形状的微凹坑表面织构都存在一个最优的面积率，使得摩擦面具有最低的摩擦系数;通过比较各形状微凹坑最优面积率下的减摩效果，发现椭圆形微凹坑具有最好的减摩效果，在试验载荷200N、转速400r/min时，与无织构表面相比可降低摩擦26.3%;随着试验载荷的增大，每种形状微凹坑表面织构的减摩效果明显减弱，说明在高载荷条件下利用表面织构降低摩擦的难度要高于低载荷条件．关键词:表面织构;面接触;微凹坑形状;摩擦系数中图分类号:TH117doi:10

3、．3969/j．issn．1000-565X．2011．01．020［1-3，7-9］减小机械系统运动部件的摩擦磨损对提高其承理论和试验研究．研究结果表明，选择合适的载能力和服役寿命至关重要．近半个多世纪以来，科表面织构几何参数(深度、直径、面积率)可以使织学家们在减摩及耐磨材料、表面镀层、润滑油和减摩构化表面达到最优的摩擦学性能．然而，这些研究还添加剂方面开展了大量研究，并取得了巨大进展．但主要集中在单一的圆形微凹坑表面织构上，对不同相对而言，摩擦副表面的物理和化学结构的设计仍形状的微凹坑表面

4、织构的研究还相对少见．文献［10］［1］是一个薄弱环节．理论研究和大量的工程实践表中利用数值方法研究了具有不同形状的微凹坑表面明，摩擦副表面并非越光滑越好，具有一定的表面粗织构对其摩擦学性能的影响，发现不同的微凹坑形糙度或纹理反而有利于润滑油膜的形成，从而降低状对织构化表面的摩擦学性能具有不同的影响，在摩擦磨损．其所研究的几种微凹坑形状中，椭圆形微凹坑体现近年来，表面织构技术在摩擦学领域以其优异了最优的润滑性能．文中将利用往复式摩擦磨损试的能够减少摩擦、减小磨损和提高承载力等特性，受验机，分别选

5、取微凹坑形状为圆形、正方形和椭圆形［1-3］到了国内外摩擦学工作者的广泛关注．目前，人的3种表面织构进行研究，以期获得微凹坑形状对们对表面织构如何提高摩擦学性能的机理的认识织构化表面摩擦学性能的影响规律，为后续的研究为:在富油润滑条件或混合润滑条件下，微坑或微沟工作及工程应用提供依据．槽可以充当微小流体动压润滑轴承，从而产生附加［4］流体动压力;在贫油润滑条件下，微坑或微沟槽1试验部分［5］作为微储油池向摩擦副表面提供润滑油;同时，微坑或微沟槽可以容纳磨粒，从而降低由于磨粒产1．1试验装置与试件

6、制备［6］生的高磨损．试验在自制往复式摩擦磨损试验机上进行，试表面织构的优化设计是表面织构技术的重要组验机结构如图1(a)所示．该试验机利用曲柄滑块机成部分．近年来，国内外有关学者对此进行了大量的构将旋转运动转换为往复运动．在试验过程中，摩擦收稿日期:2010-06-10*基金项目:国家自然科学基金资助项目(50675101);江苏省普通高校研究生科研创新计划项目(CX10B_093Z-05)作者简介:于海武(1982-)，男，博士生，主要从事微纳米摩擦学研究．E-mail:yuhaiwu126

7、@tom．com通讯作者:王晓雷(1963-)，男，教授，博士生导师，主要从事微纳米摩擦学研究．E-mail:xl_wang@nuaa．edu．cn第1期于海武等:微凹坑形状对试件表面摩擦特性的影响107力由传感器测得，并由多功能数据采集卡实时采集．试件接触条件如图1(b)所示．上试件摩擦面在载荷作用下与下试件面接触．上试件由夹具夹持固定，夹具限制了上试件在Z轴方向的转动，并使得上试件与下试件的摩擦面能自动配合．下试件进行往复运动，运动速度为v，往复行程为80mm．上下试件均采用硼铜合金铸铁材

8、料，为保证材料的质量，利用线切割方法取自真实发动机缸套，材料硬度为HB240～290．图2圆形微凹坑阵列及单坑剖面轮廓图Fig．2Topographyofcircularmicro-dimplearrayandsectionprofileofsingledimple图1实验装置Fig．1Experimentalapparatus为研究微凹坑形状对润滑性能的影响，分别在上试件摩擦面上加工出由圆形、正方形和椭圆形微凹坑组成的点阵，加工流程为:(1)清洁试件表面;(2)利用甩胶机在试件表面涂覆光刻胶(