双疏钛合金表面在不同润滑介质中的摩擦学性能研究

摘要

钛合金在海洋工程领域中被广泛应用，但钛合金摩擦性能较差的问题限制了其性能潜力在海洋工程领域的发挥。为提高钛合金在不同润滑介质中的摩擦性能，本文利用激光加工技术和溶胶凝胶法涂覆SiO2纳米颗粒改变润湿性，从而制备出即疏水又疏油的双疏钛合金表面，并分别在水、海水和油润滑介质中进行了摩擦实验
　　本研究主要内容包括：⑴在光滑钛合金表面进行低表面能修饰和涂覆SiO2均可使接触角增大，制备出双疏钛合金表面，但无法达到超双疏状态。双疏表面的制备提高了摩擦性能。在水、海水和油介质中，涂覆SiO2的双疏表面的摩擦系数比钛合金表面分别减小了10.9％、9.6％和22.2％;磨损量可分别减小53.8％、19.7％和52.7％。⑵激光加工网格和点阵微结构表面经过低表面能修饰和涂覆SiO2后表现出了更加优异的双疏性能。且网格表面的双疏性能优于点阵。微结构深度为50μm的表面的双疏性能优于深度为20μm的。当激光加工的微结构为深度50μm的网格结构，并在其上涂覆SiO2和进行低表面能修饰，制备出了双疏性能最优的Ti6Al4V表面。该表面对水的接触角高达169.0°，滚动角达1.5°;对海水的接触角高达160.2°，滚动角达4.2°。呈现出符合Cassie模型的超疏水状态。但该表面对油的接触角为127.9°，且油滴不滚动，呈现出符合Wenzel模型的疏油状态。⑶与低表面能修饰和涂覆SiO2的光滑表面相比，具有网格和点阵微结构的双疏表面的摩擦性能更优。网格微结构双疏表面的摩擦系数大于点阵微结构双疏表面的，而磨损量小于点阵微结构双疏表面的。在水、海水和油润滑介质中，点阵微结构深度为50μm并涂覆SiO2的双疏表面的摩擦系数比钛合金表面减小的百分比分别为32.7％、36.5％、42.2％;网格微结构深度为50μm并涂覆SiO2的双疏表面的磨损量比钛合金表面减小的百分比分别为87.1％、61.4％、95.9％。⑷双疏表面在海水中的摩擦系数小于水中的，但磨损量大于水中的。在海水中的磨损机制为粘着磨损。在水中的磨损机制为磨粒磨损。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文研究背景

1．2 钛合金的摩擦学研究现状

1．3 双疏表面的研究现状

1．4 “绿色”润滑介质的研究现状

1．5 本论文研究内容和意义

1．5．1 研究内容

1．5．2 研究意义

第2章 钛合金表面润湿性研究

2．1 实验材料与试剂

2．2 光滑双疏钛合金试样表面的制备及其润湿性

2．2．1 光滑双疏钛合金表面的制备

2．2．2 光滑双疏钛合金表面的形貌

2．2．3 光滑双疏钛合金表面的润湿性

2．3 微结构双疏钛合金表面的制备及其润湿性

2．3．1 微结构双疏钛合金表面的制备

2．3．2 微结构双疏钛合金表面的形貌

2．3．3 微结构双疏钛合金表面的润湿性

2．4 结果讨论与分析

2．5 本章小结

第3章 润湿性对钛合金表面摩擦性能的影响

3．1 实验方法

3．2 润湿性对摩擦系数的影响

3．3 润湿性对磨损性能的影响

3．4 结果讨论与分析

3．4．1 速度影响摩擦性能的作用机理

3．4．2 表面能影响摩擦性能的作用机理

3．4．3 涂覆SiO2影响摩擦性能的作用机理

3．4．4 润湿性影响摩擦性能的作用机理

3．5 本章小结

第4章 网格微结构双疏钛合金表面的摩擦性能

4．1 网格微结构对摩擦系数的影响

4．2 网格微结构对磨损性能的影响

4．3 结果讨论与分析

4．3．1 网格微结构影响摩擦性能的作用机理

4．3．2 润滑介质影响摩擦性能的作用机理

4．4 本章小结

第5章 点阵微结构双疏钛合金表面的摩擦性能

5．1 点阵微结构对摩擦系数的影响

5．2 点阵微结构对磨损性能的影响

5．3 结果讨论与分析

5．4 表面微结构对摩擦性能的影响

5．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间公开发表论文

致谢