平行織構(gòu)涂層摩擦學(xué)性能的數(shù)值模擬與實驗研究.pdf

1、摩擦學(xué)，作為一種研究物體表面摩擦行為的學(xué)科，主要涉及相對運動物體間的摩擦、磨損、潤滑現(xiàn)象，及其三者之間的相互關(guān)系。近幾年，表面織構(gòu)作為一種能夠有效改善表面摩擦學(xué)性能的技術(shù)手段，并廣泛應(yīng)用于表面油膜動壓潤滑及干摩擦中，深受國內(nèi)外學(xué)者的青睞。與此同時，在表面織構(gòu)方面的數(shù)值模擬和試驗研究都日益成為摩擦學(xué)學(xué)術(shù)界的研究熱點。本課題的研究內(nèi)容包括，基于數(shù)值模擬方法分析了流體動壓潤滑情況下，表面凹槽織構(gòu)的摩擦學(xué)性能，并在干摩擦情況下研究了平行凹槽織構(gòu)

2、的摩擦學(xué)性能，探討了納米SiC對平行織構(gòu)涂層的影響及摩擦學(xué)性能分析。
　　首先，本文研究了非穩(wěn)定潤滑膜厚情況下，表面凹槽織構(gòu)化的動壓潤滑作用，建立計算機(jī)流體動力學(xué)（CFD）模型，采用FLUENT軟件模擬了表面凹槽織構(gòu)的動壓油膜承載能力。通過分析凹槽織構(gòu)的最優(yōu)深度與寬度、膜厚之間的關(guān)系，得到了織構(gòu)最優(yōu)化深度受到寬度的影響，提出凹槽設(shè)計模型的最優(yōu)參數(shù)組合為：W=0.5，D=0.7。表面凹槽織構(gòu)的最優(yōu)深度不受膜厚影響，卻對寬度很敏感，W

3、=0.5時對應(yīng)的油膜承載的穩(wěn)定性最強(qiáng)。
　　其次，在GCr15鋼基體材料上，以等離子噴涂工藝制備了KF301+WS2+La2O3復(fù)合潤滑耐磨涂層；結(jié)合激光重熔和表面微織構(gòu)工藝方法，在該試樣表面加工出平行紋理織構(gòu)化的涂層。通過摩擦磨損試驗，對摩擦系數(shù)和磨損量的分析研究，觀測磨損后的形貌，及用能譜（EDS）來分析表面成分的變化，研究表明，表面織構(gòu)對涂層的摩擦學(xué)性能有提升作用。
　　最后，以納米SiC材料作為填料，結(jié)合激光重熔和表

4、面織構(gòu)工藝方法，在復(fù)合潤滑耐磨涂層表面制備了納米SiC顆粒改性的平行織構(gòu)涂層，通過電子顯微掃描分析，較未改性的涂層表面相比，納米SiC改性的織構(gòu)復(fù)合涂層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)得以細(xì)化，結(jié)合力增強(qiáng)。通過高溫摩擦磨損試驗，獲得改性織構(gòu)涂層的摩擦系數(shù)下降，同時其磨損量有所減少。這說明了，納米SiC顆粒的改性提升了原涂層的摩擦學(xué)性能。
　　總之，表面織構(gòu)化的涂層能夠改善摩擦副的摩擦學(xué)性能，在表面微織構(gòu)的形態(tài)設(shè)計、分布情況、適用工況等方面影響著摩擦學(xué)性