Al-Mg合金表面润湿性及其水润滑摩擦学特性的研究

摘要

Al-Mg合金具有密度小,质量轻,导电导热性好,抗腐蚀性好等优点,是目前工业领域中应用较为广泛的一类有色金属。但是由于Al-Mg合金表面耐磨性能较差,一直制约着该材料的应用。本文旨在通过改变Al-Mg合金表面润湿性,从而提高Al-Mg合金表面在水润滑条件下的摩擦学性能,为制备新型超疏水耐磨Al-Mg合金表面提供理论依据和技术支持。主要研究工作及结果如下:
　　 1、利用激光加工技术在Al-Mg合金表面加工圆台、凹坑及棱台形微结构,并沉积自组装分子膜,制备出了超疏水Al-Mg合金表面。根据三种微结构的形态建立数学模型,定量分析微结构尺寸参数对润湿性的影响。结果表明:制备的超疏水Al-Mg合金最大接触角为156°,沉积长链分子膜时的接触角随微结构间距增大而减小,沉积短链分子膜时的接触角随微结构间距增大而增大。
　　 2、在抛光Al-Mg合金表面沉积自组装分子膜,得到不同润湿性的表面,分别在干摩擦、浸水润滑、喷水润滑条件下,研究不同润湿性的Al-Mg合金表面的摩擦学性能,结果表明:对于疏水或亲水的Al-Mg合金采用喷水润滑更有利于增强表面的耐磨性,其中摩擦系数最小可达0.2239,并且三种润滑方式下的摩擦系数对比符合:干摩擦＞浸水润滑＞喷水润滑。研究还发现,在同种润滑方式下,疏水的Al-Mg表面耐磨性强于亲水的Al-Mg表面。
　　 3、利用环氧树脂溶液将SiO2颗粒粘滞在抛光Al-Mg和摩擦偶件Si3N4表面,制备了接触角为156°的超疏水抛光Al-Mg合金和125°的疏水Si3N4,同样在干摩擦、浸水润滑、喷水润滑条件下,研究超疏水Al-Mg合金的摩擦学性能。结果表明:对超疏水Al-Mg合金采用浸水润滑方式更有利于增强表面耐磨性,其中摩擦系数最小可达0.3342,并且三种润滑方式下的摩擦系数对比符合:干摩擦＞喷水润滑＞浸水润滑。对于同种润滑方式下,疏水表面的耐磨性最优,超疏水表面次之,亲水表面最差。研究还发现,在摩擦与被摩擦介质之间涂覆相同材料或性能的介质时,摩擦过程中容易产生同性吸引的粘滞现象,降低了材料的耐磨性。