表面織構(gòu)具有提升承載能力、降低摩擦磨損、提高工作壽命、改善摩擦學(xué)性能等積極作用,已成為當(dāng)前摩擦學(xué)領(lǐng)域中的一個(gè)重要研究方向。針對現(xiàn)有金屬表面微觀織構(gòu)成型方法存在設(shè)備昂貴、工藝復(fù)雜、加工周期漫長等不足,本論文提出電場誘導(dǎo)與化學(xué)腐蝕/電解轉(zhuǎn)印相結(jié)合的新型復(fù)合制備工藝,在不銹鋼表面制備表面織構(gòu)并對其摩擦學(xué)性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,探究該制備工藝用于表面織構(gòu)的可行性。利用COMSOL Multiphysics多場耦合軟件分析了電場誘導(dǎo)工藝參數(shù)(外加電場、極板間距、聚合物初始膜厚)和結(jié)構(gòu)化模板參數(shù)(模板的高寬比、占空比)對聚合物在電場作用下形貌變化的影響規(guī)律�；诜抡娣治鼋Y(jié)果,進(jìn)行了聚二甲基硅氧烷(PDMS)聚合物材料電場誘導(dǎo)試驗(yàn),開展了不銹鋼圓盤和ITO導(dǎo)電玻璃為極板進(jìn)行PDMS無模板電場誘導(dǎo)試驗(yàn),分析了誘導(dǎo)工藝參數(shù)對織構(gòu)生長狀態(tài)的影響規(guī)律;初步開展了結(jié)構(gòu)化模板電場誘導(dǎo)試驗(yàn),對結(jié)構(gòu)化模板電場誘導(dǎo)成型過程進(jìn)行簡要分析,為后續(xù)化學(xué)腐蝕和電解轉(zhuǎn)印提供掩膜。利用COMSOL Multiphysics分析了不銹鋼材料的化學(xué)腐蝕過程和電解轉(zhuǎn)印成型過程,研究了不銹鋼材料電勢變化過程,分析了電解參數(shù)(施加電壓、極板間距等)對最終加工形貌的影響。利用電場誘導(dǎo)聚合物掩膜進(jìn)行了化學(xué)腐蝕試驗(yàn),得到織構(gòu)化不銹鋼表面,分析腐蝕參數(shù)(腐蝕時(shí)間、腐蝕液濃度)對腐蝕形貌的影響;分別以電場誘導(dǎo)聚合物掩膜ITO導(dǎo)電玻璃和不銹鋼為陰極和陽極,進(jìn)行電解轉(zhuǎn)印不銹鋼表面織構(gòu)化試驗(yàn)研究,分析了電解工藝參數(shù)(加工時(shí)間、加工電壓、陰陽極間距)對腐蝕形貌的影響,制備了織構(gòu)化不銹鋼表面,為摩擦學(xué)性能研究提供基礎(chǔ)。利用FLUENT流體仿真分析表面織構(gòu)密度和油膜厚度對潤滑性能的影響,開展了電解轉(zhuǎn)印織構(gòu)化不銹鋼表面的滑動(dòng)摩擦性能試驗(yàn)研究,分析試驗(yàn)工藝參數(shù)和織構(gòu)參數(shù)對摩擦系數(shù)的影響規(guī)律;并利用自制沖擊滑動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)對電解轉(zhuǎn)印不銹鋼織構(gòu)化表面進(jìn)行沖擊滑動(dòng)摩擦學(xué)試驗(yàn)研究,研究試驗(yàn)工況參數(shù)和織構(gòu)參數(shù)對摩擦系數(shù)的影響規(guī)律,為復(fù)合制備工藝用于表面織構(gòu)成型提供了試驗(yàn)驗(yàn)證。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG174.4
【部分圖文】：

隨著我國航空航天技術(shù)、船舶海工、精密機(jī)床、精密儀器等高端領(lǐng)域的快速發(fā)展和技術(shù)牽引，運(yùn)動(dòng)零部件配副潤滑性能已成為制約技術(shù)提升的關(guān)鍵因素，限制了我國高端制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級。因此中國制造 2025 計(jì)劃中專門提出了強(qiáng)基工程，包括精密軸承、高參數(shù)齒輪及傳動(dòng)裝置、高可靠性密封件、高強(qiáng)度緊固件等關(guān)鍵基礎(chǔ)件，都與摩擦學(xué)特性緊密相關(guān)。例如軸承作為現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)中不可或缺的關(guān)鍵基礎(chǔ)零部件，其工作性能直接關(guān)系到機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)精度、工作壽命和可靠性。滾動(dòng)軸承因其標(biāo)準(zhǔn)化和系列化的緣故，在各類機(jī)械系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。隨著我國工業(yè)快速發(fā)展和機(jī)械系統(tǒng)性能指標(biāo)日益提升，軸承服役工況將處于高精度、高速、重載、潤滑劣化、高溫等復(fù)雜惡劣條件，尤其是航空航天苛刻工況對滾動(dòng)軸承服役性能提出越來越高的技術(shù)要求，導(dǎo)致保持架與引導(dǎo)套圈之間的磨損（圖 1-1a）成為航空航天眾多故障中較為普遍的一種失效形式，引起軸承研制和使用單位的普遍關(guān)注。圖 1-1 b）為我國某型號軸承在臺(tái)架實(shí)驗(yàn)中引導(dǎo)面異常磨損導(dǎo)致的軸承失效，圖 1-1 c）為我國某型號空間機(jī)構(gòu)軸承在地面全尺寸模擬實(shí)驗(yàn)中引導(dǎo)面磨損。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文動(dòng)零部件摩擦副摩擦、磨損和潤滑提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)指導(dǎo)。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析由傳統(tǒng)摩擦磨損機(jī)理可知，兩個(gè)相互接觸并作相對運(yùn)動(dòng)的摩擦表面越光滑，微峰接觸數(shù)量越多，接觸應(yīng)力和磨損量越低。但是近年蓬勃發(fā)展的仿生摩擦學(xué)相關(guān)研究結(jié)果表明，在某些場合中非光滑表面反而具有更為優(yōu)良的摩擦學(xué)性能，由此引起了摩擦學(xué)領(lǐng)域研究人員的普遍關(guān)注。圖 1-2 所示為幾種海陸空生物體表面非光滑微觀結(jié)構(gòu)，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)這些生物表面微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)能夠明顯改善摩擦性能，如荷葉表面多級微凸體結(jié)構(gòu)有疏水清污作用，如圖 1-2 a) 所示；鯊魚表面鱗狀結(jié)構(gòu)能夠有效降低阻力，如圖 1-2 b) 所示；沙漠蜥蜴背部能夠經(jīng)受沙石長期沖蝕而不損傷，如圖 1-2 c) 所示。由此可見，如果能夠合理設(shè)計(jì)和制備表面微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)，將會(huì)有效改善摩擦學(xué)性能，為提高效率、減小能耗和延長壽命提供有效的解決措施。

a) 常見織構(gòu)形式 b) 微動(dòng)壓效應(yīng) c) 容屑效應(yīng)圖 1-3 表面織構(gòu)改善潤滑狀況的作用機(jī)理表面織構(gòu)制備方式研究現(xiàn)狀由此可見，表面織構(gòu)對摩擦學(xué)性能的改善作用更多依賴于織構(gòu)的微觀形態(tài)，而織構(gòu)的微觀形態(tài)則取決于制備技術(shù)。目前摩擦副表面織構(gòu)制備方法已有很多種，根據(jù)加工原理不同，表面織構(gòu)的制備方式可分為[2]：1）表面織構(gòu)增材成型技術(shù)：即采用化學(xué)或物理沉積工藝，產(chǎn)生各種納米或微米級的織構(gòu)。主要包括化學(xué)氣相沉積法（CVD）、噴墨印刷法、物理氣相沉積法（PVD）等。2）表面織構(gòu)減材成型技術(shù)：即去除襯底材料直接產(chǎn)生織構(gòu)。主要包括反應(yīng)離子刻蝕（RIE）、噴丸處理技術(shù)、激光法、電解法、超聲波加工等。3）表面織構(gòu)材料置換成型技術(shù)：即在襯底上產(chǎn)生塑性變形，并將材料從一個(gè)位置轉(zhuǎn)移到另一位置，以此改變表面結(jié)構(gòu)。主要包括激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)（LSP）、化學(xué)誘導(dǎo)材料轉(zhuǎn)移技術(shù)等。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2826996