仿生自润滑微织构制造及其摩擦磨损性能研究

论文摘要

如何改善摩擦副在干摩擦和边界摩擦条件下的摩擦磨损性能,一直是摩擦学领域的一个难题。针对在边界摩擦和干摩擦下的润滑难题,基于仿生摩擦学,本文以蛇皮表面和蟋蟀足垫为仿生对象,提出两种具有自润滑功能的仿生微织构。研究其制造工艺和摩擦磨损性能,分析了相应的自润滑机理。具体如下:（1）仿生微织构及其自润滑设计以蛇表皮和蟋蟀足垫上的耐磨织构作为仿生对象,进行平面化建模,得到仿生正六边形阵列平面模型。选取了H62黄铜和20CrMo合金钢作为织构化载体,分别结合镍和固体润滑粉末,设计出镀镍正六边形和烧固正六边形两种自润滑仿生织构。（2）仿生自润滑微织构的制造在光刻工艺中的显影刻蚀和脱膜工序间创新性地嵌入化学镀镍工艺,在H62黄铜上制造出系列镀镍均匀、无漏镀现象的镀镍仿生正六边形织构。调节激光参数在20CrMo基体上加工出正六边形阵列织构,将复合固体润滑粉末填充至织构中,通过真空烧结法,成功获得烧固仿生正六边形织构。（3）镀镍仿生微织构的摩擦磨损性能及其自润滑机理采用线面接触的摩擦方式,着重研究了边界润滑条件下镀镍仿生织构的摩擦磨损特性。与光滑样品相比,镀镍仿生织构样品最高降低摩擦系数达43.6%,磨损率最高下降达42.86%。镀镍仿生织构显著地减少了磨损表面的氧化、犁沟和粘着磨损现象。在滑动摩擦过程中,镀镍仿生织构样品形成了由铜镍合金、NiO、Ni2O3组成的表面润滑膜,改善界面润滑,修复磨损形成的微缺陷,有效地防止基体氧化。（4）烧固仿生微织构的摩擦磨损性能及其自润滑机理采用面面接触的摩擦方式,在不同工况的干摩擦下,对烧固仿生微织构性能展开深入的研究分析。结果表明,烧固仿生织构样品能快速地进入稳定摩擦阶段;在高温、重载下,自润滑样品的摩擦磨损性能较光滑样品有大幅度提升。在脂润滑下,仿生自润滑样品能持续平稳地获得较低的摩擦系数。自润滑机理研究表明,烧固仿生微织构能容纳磨屑,同时在剪切力和摩擦热下挤出固体润滑剂形成界面润滑膜。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 课题的研究背景和意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 仿生摩擦织构的研究现状
•     1.2.2 自润滑技术的研究现状
•     1.2.3 微织构加工方法的研究现状
•   1.3 本课题的研究内容
•   1.4 课题来源
• 第二章 自润滑微织构仿生设计
•   2.1 仿生自润滑微织构的提出
•   2.2 仿生样本分析和平面化建模
•     2.2.1 仿生样本分析
•     2.2.2 仿生织构平面化建模
•   2.3 仿生微织构的自润滑设计
•     2.3.1 镀镍仿生微织构设计
•     2.3.2 烧固仿生微织构设计
•   2.4 本章小结
• 第三章 仿生自润滑微织构的制造
•   3.1 引言
•   3.2 镀镍仿生微织构的制造
•     3.2.1 镀镍仿生微织构制造的工艺流程
•     3.2.2 光刻工艺参数对仿生微织构形貌的影响
•     3.2.3 镀镍仿生织构的制造与表征
•   3.3 烧固仿生微织构的制造
•     3.3.1 烧固仿生微织构制造的工艺流程
•     3.3.2 激光工艺参数对仿生织构形貌的影响
•     3.3.3 烧固仿生微织构的制造与表征
•   3.4 本章小结
• 第四章 镀镍仿生微织构的摩擦磨损性能研究
•   4.1 试验方案
•     4.1.1 试验设备
•     4.1.2 试验参数及摩擦副设置
•     4.1.3 润滑域判定
•   4.2 镀镍仿生微织构的摩擦磨损试验
•     4.2.1 镀镍仿生微织构试样的摩擦系数
•     4.2.2 镀镍仿生微织构试样的磨损率
•     4.2.3 镀镍仿生微织构试样的磨损形貌
•   4.3 光刻-镀镍仿生自润滑微织构自润滑机理分析
•   4.4 本章小结
• 第五章 烧固仿生微织构的摩擦磨损性能研究
•   5.1 试验方案
•     5.1.1 摩擦副的选取
•     5.1.2 摩擦磨损试验方案
•   5.2 滑动时间对烧固仿生微织构表面摩擦磨损性能的影响
•   5.3 载荷对烧固仿生微织构表面摩擦磨损性能的影响
•   5.4 工况温度对烧固仿生微织构表面摩擦磨损性能的影响
•   5.5 脂作用下烧固仿生微织构表面的摩擦性能
•   5.6 烧固仿生微织构自润滑机理分析
•   5.7 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈相波

导师: 万珍平,周运岐

关键词: 仿生微织构,自润滑,摩擦磨损,织构加工技术

来源: 华南理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 力学,生物学,生物学

单位: 华南理工大学

基金: 国家自然科学基金项目(U1601203)《机械控粘减摩仿生微阵列功能结构设计,制造与性能调控》

分类号: Q811;O313.5

DOI: 10.27151/d.cnki.ghnlu.2019.002336

总页数: 94

文件大小: 8170K

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