图案化表面的织构化参数与摩擦学性能的关系研究开题报告

 2021-08-08 12:08

1. 研究目的与意义

摩擦磨损不仅降低了能源的有效利用率,且不当的磨损将加速机械零部件失效,缩短机械系统的使用寿命。近年来,摩擦学研究人员从材料,润滑介质和结构优化等方面,探讨了提高表面润滑及摩擦学性能的有效方法。其中,表面织构技术自被提出以来,大量的研究工作分析了其对摩擦学性能的影响及影响机制,并已证明了其是一种提高润滑及摩擦学性能的有效。

表面织构的形状和几何参数是决定摩擦副的摩擦学行为及润滑性能的关键因素,表面织构的形状主要有微凹坑和微凹槽两种形式,微凹坑织构易于加工,且微凹坑织构的几何形状、面积密度、深度和分布规律等几何参数对摩擦副表面摩擦学性能有重要影响。微凹槽织构可以使摩擦表面产生动压润滑、提高承载能力,减小摩擦因数。微凹槽的宽度、间距、深度及其与运动方向的夹角均对摩擦学性能有重要影响。

本课题致力于在干摩擦条件下控制表面织构形状相同,在不同几何参数下的摩擦润滑性能的研究

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2. 国内外研究现状分析

为了研究织构图案对摩擦学性能的影响,Costa等【1】采用线-面接触摩擦副的往复运动方式对圆形微凹坑、直线形微凹槽和V形微凹槽对流体动压润滑性能的影响进行了试验研究。结果表明:V形微凹槽织构所产生的流体动压润滑效果最佳。随后,纪敬虎【2】等人在45钢表面制备V形凹槽,优化了V形凹槽的参数,以V形凹槽的横向、纵向间距,夹角以及边长作为参数变量,探究对摩擦学性能的影响。结果表明:平均摩擦系数会随着V形凹槽夹角的增加而减小,也会随着V形凹槽边长的增加而减小。存在特定的横向槽间距和纵向槽间距能够使得V形凹槽的平均摩擦系数最小,而且在不同的载荷和速度下,最优的横向槽间距和纵向槽间距也不同。杨淑燕【3】等为了探究微凹槽间距和夹角对摩擦学性能的影响,利用自行研制的面接触润滑油膜厚度测量仪,观察微凹槽方向对油膜厚度的影响,结果发现不同方向有不同的油膜厚度。赵敏慧【4】等在对微米交叉凹槽对摩擦学性能的影响中发现,随着凹槽宽度的变化,存在最优交叉角,使得减摩润滑效果最佳。易鑫鑫【5】等通过试验探究了滑动方向和微米交叉角对轴承钢表面摩擦学性能的影响中认为存在最优交叉角使得织构表面的摩擦学性能最佳。WANG【6】等在往复运动条件下,通过激光淬火和激光微织构的耦合作用发现随着微凹槽的间距增大,摩擦系数先减小后增大。随后,WANG【7】在干摩擦条件下做了往复球盘试验,同样发现摩擦系数和磨损率随着间距的增加先减小后增加。因此得出微凹槽存在最佳间距能够让织构表面起到最佳减摩润滑效果。王沫阳【8】等在45钢表面制备不同间距和夹角的微凹槽织构,结果发现,在其他参数相同的情况下,随着间距的增加微凹槽表面的平均摩擦系数先增加减小后增加。这也论证了之前所得出的结论,同时王沫阳等也发现最优凹槽间距不受载荷大小的影响。

Pettersson和Jacobson【9】通过球-盘式摩擦试验机研究了凹槽倾斜角在边界润滑条件下对表面摩擦特性的影响。结果表明:平行于主切削刃的凹槽所产生的摩擦力大于垂直于主切削刃的凹槽。Ren【10】等在虚拟织构思想的基础之上提出了用于分析织构形状对润滑表面油膜厚度影响的理论模型。结果表明:垂直于运动方向的凹槽能产生更大的流体动压力。

胡天昌等【11】通过对轴承钢表面进行微坑织构化处理,探讨了表面织构参数对其摩擦性能的影响,在贫油润滑条件下,织构表面的摩擦系数和磨损均低于未织构表面。

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3. 研究的基本内容与计划

研究内容:表面织构的形状和几何参数是决定摩擦副的摩擦学行为及润滑性能的关键因素,因此,我的研究方向是通过对微凹槽宽度,间距,深度以及其运动方向的夹角的变化,制备相应的织构化工程表面,并通过摩擦试验机测试其摩擦学性能,得到最适宜摩擦学行为的宽度,间距,深度以及运动方向夹角。

研究计划:2019年1.10-1.12 准备并修改开题报告;

2019年1.13-1.16 准备PPT

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4. 研究创新点

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