机械零件织构化表面减摩性能研究进展

表面织构作为一种新兴的表面技术,良好的减摩效果引起国内外学者的广泛关注,现已被大量应用于工程领域。然而织构化表面的减摩效果受众多因素影响,不同工况因其特有的属性,表面减摩机制亦各不相同,对织构化表面提升材料的减摩耐磨机制尚不明确。从不同工况下织构的减摩性能出发,探究其减摩机制的异同并分析其原因,归纳不同类型织构的减摩理论及存在的问题;对当下织构加工方式优劣进行分析,并对织构技术未来的发展趋势进行展望和预测。     

表面微织构改善摩擦性能的研究进展

机械表界面行为和摩擦学密切相关,利用先进手段对摩擦副的表界面进行改性、改形和调控是目前的研究热点。表面微织构方法可以显著改善接触对表面摩擦特性。本文基于微织构的研究背景,论述了表面微织构加工方法、几何参数及其对摩擦性能的影响规律,阐述了微织构的减摩机理和应用,提出了后续的发展方向。     

表面织构改善摩擦特性的研究进展

介绍了凸包形、凹坑形及凹痕形等表面织构形貌,并对表面织构的几种加工技术进行对比。通过分析表面织构在工业方面的应用实例,阐述了表面织构在不同润滑状态条件下的减摩理论:附加流体动压效应理论、二次润滑理论和俘获磨屑颗粒理论。重点讨论了织构形貌、面积密度、纹理尺寸和深径比及分布形式等参数对摩擦特性的影响。同时运行条件和润滑状态对摩擦特性也起主要作用,但并非所有的表面织构都可以改善摩擦学特性,只有具有合适参数的表面织构在合适的运行条件和润滑状态下才可以显著改善摩擦学特性。总结了表面织构与涂层技术相结合、混合表面织构两种未来表面织构的研究方向,指出表面织构还需进一步深入研究的方面。     

刀具织构对表面粗糙度的影响

利用激光加工技术在刀具主后刀面上加工出微凹坑织构,对比分析普通刀具和织构刀具在不同转速条件下分别切削45#钢后工件表面的粗糙度,微织构刀具加工的工件表面粗糙度变化小,证明微织构刀具可以提高工件表面的加工质量.     

计入空化效应的表面微织构滑动轴承特性分析

基于N-S流体计算方程,利用CFD软件建立表面微织构滑动轴承三维有限元模型,在计入和未计入空化效应条件下对比分析微织构分布特征对滑动轴承静特性的影响规律。研究表明:计入空化效应时滑动轴承的油膜最大压力和承载力大于未计入空化效应时油膜的最大压力和承载力;表面微织构的合理分布能有效提高润滑油膜的承载力,降低摩擦因数,分布在收敛间隙出口位置的微织构效果最为明显;在未计入空化效应时表面微织构作用效果更加明显,计入空化效应时微织构能抑制空穴区域的产生。     

内燃机缸套-活塞环微织构设计与研究进展

微织构作为一种良好的表面改性技术已经被广泛应用于改善发动机缸套-活塞环摩擦副的摩擦性能。以微织构的研究方向为依据,分析微织构改善缸套-活塞环表面润滑摩擦性能的作用机制,总结和阐述织构复合化、组合织构以及织构仿生化等方面的研究现状和进展,最后,指出表面织构研究中存在的不足和对下一步研究重点的展望。     

考虑空化效应的表面微凸体织构摩擦副润滑性能研究

采用数值模拟方法,分析在不同速度和不同结构参数条件下微凸体织构的摩擦副润滑过程,研究在流体润滑条件下摩擦副表面的微凸体织构诱导空化效应的规律。结果表明：增加表面之间相对运动速度、微凸体织构的宽度或高度、微织构前段和后端的角度,均能导致空化区域面积增加,〖JP2〗使诱导空化现象更加明显;空化效应的出现抑制了微凸体后端负压区压力的降低,使得摩擦副的承载能力提高;空化效应可使界面之间由液体润滑转变为局部的气体润滑,使得界面之间摩擦因数的数值明显减小;考虑空化效应时,具有微凸体织构的摩擦副的承载力比不考虑空化效应时提高了35~74倍,摩擦因数降低了97.5%~98.7%。微凸体织构诱导产生的空化效应对提升承载力与降低摩擦因数的作用,明显大于微织构形成的流体动压作用,因此可以认为微织构诱导产生空化效应是微织构摩擦表面的一种重要承载机制。     

表面凹槽织构微机械加工及其摩擦学性能研究

作为新兴的表面改性技术,表面织构化可以有效减少摩擦,在摩擦表面应用较为广泛.本文介绍了0Crl7Ni7Al表面织构微机械加工技术,研究了相同载荷及转速工况条件下的光滑表面与凹槽织构表面在摩擦过程中的摩擦性能及磨损机理.研究发现,精雕JDGR200T高速加工中心可以加工0.8mm宽度0Cr17Ni7Al表面凹槽织构,且凹...     

复合工艺制备的表面微凹坑织构的摩擦性能研究

在构建的激光电化学复合微加工系统上,采用皮秒脉冲激光辐照与电解刻蚀复合加工方法在7075铝合金表面制备出不同尺寸的阵列凹坑微织构。采用共聚焦显微镜观测复合加工织构试样表面形貌,采用MFT-5000型RTEC摩擦磨损试验机研究润滑条件下凹坑织构的摩擦学性能,并探讨直径、深度、面积密度对减摩性能的影响。结果表明:复合加工工艺制备的表面微织构具有良好的表面形貌;润滑条件下材料表面的凹坑型织构能显著改善其摩擦学性能,相比光滑表面最高可降低摩擦因数30%;在实验参数范围内,凹坑的直径与面积密度对材料表面摩擦性能影响较大,凹坑深度对摩擦性能影响较小。     

金属构件表面织构摩擦学性能的研究进展

金属构件是各种机器的必要组成部分,金属构件的磨损是机器失效的主要原因。金属构件表面织构技术作为提高金属材料表面摩擦学性能的方法,在机械、航天、化学、冶金和生物工程等很多领域已经被广泛应用。文章对相关研究成果进行了总结,重点对金属构件表面织构在干摩擦、边界润滑和流体润滑3种主要润滑形式下的减摩机理展开了讨论;揭示了金属构件表面织构在不同润滑形式下的主要减摩机理;归纳了金属构件表面织构的几何特征对其改善摩擦学性能的影响,包括织构的形状、深度、面密度和排列方式。文章还分析了各几何特征的最佳值及其与摩擦学性能的一般规律,发现几何参数合理的金属构件表面织构对降低金属构件表面摩擦系数,提高抗磨性能和油膜承载能力具有积极作用,且各种几何特征对金属构件表面织构摩擦学性能的提高是相互影响的。     

椭圆振动辅助车削7075铝合金表面微织构及其特性

为研究椭圆振动车削技术辅助微织构制备的工艺及其加工后微表面特性,采用椭圆振动原理和微织构的形成原理分析了不同转速和进给速度下的微织构变化规律,进行椭圆振动轨迹测量试验和椭圆振动车削试验,分析了装置振动轨迹、表面形貌、单个微织构几何尺寸及表面粗糙度变化情况。试验结果表明,在切削试验过程中,相比传统车削,由于车刀的空间椭圆运动轨迹,超声椭圆振动车削后表面呈现类椭圆状的微织构凹槽。由理论分析和试验结果得出,随着转速和进给速度的改变,微织构凹槽的几何尺寸、轮廓高度及表面粗糙度均会发生规律性变化。     

表面微织构的组合设计及其对油封性能的影响

对油封表面微织构的形状进行组合设计,应用Abaqus仿真分析不同组合微织构油封的静态接触压力和变形影响矩阵;基于二维平均雷诺方程,建立考虑表面粗糙度以及唇口油膜空化现象影响的流体润滑模型,分析不同形状微织构对旋转油封密封性能的影响规律。结果表明：在相同工况下,相较于无织构油封,微织构对油封泵吸率以及油膜厚度提升较为显著,且组合型织构的提升效果优于单一三角形织构;三角形与半圆形组合织构对油封泵吸率的提升效果最佳,半圆形与方形组合织构对油封油膜厚度的提升为最佳。     

刀具表面微织构的设计制造及其对摩擦特性的影响

刀具的损坏形式主要有磨损和破损,研究发现,磨损损坏形式在刀具损坏中的比例高达70%。为了减缓和降低刀具的摩擦强度,延长并提升刀具寿命,本文基于仿生学原理,通过纳秒激光器在刀具表面加工沟槽织构,改变刀具表面的结构和形态。探究激光参数对微织构尺寸和形貌的影响,确定加工微织构的最优激光参数。在此基础上,分析干摩擦条件下不同面积占有率的正弦型沟槽织构刀具在不同载荷和摩擦速度条件下的减摩机理。     

原位成型微织构自润滑陶瓷材料的制备及其性能研究

表面织构具有改善表面润滑状态和减摩抗磨的作用,在工程领域的应用也越来越广。现有的微织构加工方法很多,但成本较高,且加工周期长。本试验提出了原位成型的加工方法,以石墨为微织构凸模,设计、加工了沟槽型微织构,经热压烧结工艺将微织构置入到陶瓷粉体中,原位成型表面微织构陶瓷材料。对所得材料进行力学性能测试和摩擦磨损试验,用扫描电镜(SEM)观察裂纹、断面形貌以及磨损表面。结果表明:沟槽型织构材料的断裂韧性和抗弯强度分别为7.4MPa·m~(1/2)和504.8MPa,比无织构材料分别提高了约0.4%和12.3%;沟槽型织构试样摩擦系数较为平稳,且与无织构试样相比,最大摩擦系数和最小摩擦系数分别减少了约33.3%和18.2%;沟槽型织构试样的磨损形式主要是磨粒磨损,无织构试样的磨损形式主要是粘结磨损。     

基于摩擦学的表面织构技术应用研究进展

表面织构是在摩擦面上加工出具有一定尺寸和排列的凹坑或微小沟槽的点阵,可有效改善表面摩擦学性能。本文介绍了表面织构的几何参数和加工方法,总结了表面织构技术在机械部件、材料加工、磁存储设备、摩擦制动等方面的研究进展,展望了未来表面织构技术可能的发展方向。     

表面织构分布参数对流体动压润滑的影响及其数值优化

为获得最优的表面织构分布参数,以球冠凹坑织构模型为研究对象,选择不等边的矩形计算控制单元,建立水平和垂直分布距离(密度)不等的表面织构分布模型。根据流体动压润滑原理,基于Navier-Stokes方程建立二维Reynolds方程,并通过多重网格方法进行求解,以平均油膜压力和油膜压力峰值作为动压润滑性能的评价指标,研究表面织构分布间距对油膜压力数值大小和油膜压力稳定性的影响,并研究表面织构分布间距对油膜压力的影响机制。结果表明:控制区域平均油膜压力随凹坑控制单元边长的增大先逐渐增大再缓慢减小,当织构单元边长为凹坑半径的3.4倍,长宽比为0.82时,可以获得最优的油膜承载力;适当增大边界凹坑的控制单元,使边界处凹坑左右侧间距都在凹坑半径的3.4倍左右时,可以有效地提升油膜压力稳定性;泵吸作用和影响区域占控制区域比率的变化导致表面织构分布间距对油膜压力产生了影响。     

微纳材料填充的气缸套微织构表面抗拉缸性能实验研究

为了探究填充微纳材料的气缸套微织构表面的抗拉缸性能,在气缸套试样表面进行微织构并分别填充蛇纹石和二硫化钼微纳颗粒,然后通过往复式摩擦磨损试验机考察气缸套试样的抗拉缸性能。结果表明:微织构填充微纳材料的气缸套试样的摩擦因数低于单微织构及机械珩磨的气缸套试样;表面微织构并填充微纳材料能较大幅度提高气缸套试样的抗拉缸时间,且较大尺寸的微织构对抗拉缸时间的影响更明显;在同等尺寸微织构条件下,填充不同微纳材料对抗拉缸时间的影响不明显。微织构并填充微纳材料气缸套试样抗拉缸性能的提高,是微织构收集磨粒、填充微纳材料的自身结构性能以及微纳颗粒的微轴承和微抛光共同作用的结果。     

表面微织构影响点接触润滑摩擦性能的实验研究

针对球-盘高副点接触开展微织构表面摩擦学性能实验研究。采用激光工艺在试样表面上加工出具有一定形状、深度和面积比的矩形微织构,采用三维表面形貌仪测量微织构的形貌特征,在摩擦磨损实验机上进行摩擦学实验,研究往复运动模式下微织构深度、间距等参数对球-盘点接触润滑摩擦性能的影响。结果表明:较浅的微织构具有相对较小的摩擦因数;较高频率下微织构表现出较好的润滑和减摩效果;沿运动方向的微织构间距增大,摩擦因数逐渐降低,超过Hertz接触直径之后,摩擦因数变化不明显;垂直于运动方向微织构边长增大,摩擦因数呈现先减小后增大的变化趋势。     

表面织构化对摩擦学性能影响的研究进展

表面织构技术是通过微细加工技术在材料表面加工出具有一定几何形貌与尺寸,且排列规律的图案,从而改善材料表面摩擦学性能的新型表面改性技术。表面织构因在改善材料摩擦学特性方面具有的突出优势而在机械摩擦配副中发挥着重要的作用。介绍了常见的表面织构加工技术,阐述了不同工况下表面织构的减磨机理,总结了表面织构形貌及其几何参数对耐磨性能的影响,并展望了表面织构技术的未来发展方向。