表面织构处理对聚合物-金属配副摩擦学特性影响的实验研究

摘要

织物衬垫型自润滑关节轴承在航空航天领域应用越来越广泛，其主要失效形式是磨损，磨损使其失去正常的自润滑能力，甚至造成相关机构咬合卡死，导致灾难性的后果。而表面织构以其优异的减摩抗磨性能被证明是继表面改性、表面镀层等表面处理工艺之后的一种新颖且有效的表面处理方法。因此，利用表面织构加工技术改善织物衬垫型自润滑关节轴承的摩擦学性能，有着重大实际意义。
　　本文采用圆环试件端面接触滑动摩擦形式，模拟自润滑关节轴承衬垫与内圈外表的摩擦，并开展系列基础性的实验研究。利用激光表面织构加工技术在圆环试件端面加工出微米级凹坑阵列，制备了不同直径、不同深度以及不同面积密度的表面织构；使用屏显式高温端面摩擦磨损试验机考察了具备不同特征参数表面织构圆环试件的摩擦学性能，分析了不同特征参数的表面织构圆环试件的摩擦学实验结果，并优化了表面织构的特征参数；最后分析了与表面织构圆环试件对摩的织物自润滑衬垫的磨损机理以及转移膜形成机制。
　　结果表明：表面织构有优异的减摩抗磨效果。在直径d=75μm、深度h=40μm、面积密度r=39.4％及深径比h/d=0.55时的表面织构减摩效果最佳；而在直径d=75μm、深度h=5μm、面积密度r=39.4%及深径比h/d=0.3时的表面织构抗磨效果最佳，但在直径d=200μm时，表面织构表现出增大磨损的效果。与光滑表面和织构化圆环试件对摩的织物自润滑衬垫的磨损机理都是磨粒磨损和粘着磨损，只是其形成机制不同。由圆环试件的能谱图和各元素质量分数的变化可知，转移膜是从表面织构凹坑内部向周围区域铺展。