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《超聲波納米表面改性的微凹表面及其摩擦學(xué)效應(yīng)》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫。
1、超聲波納米表面改性的微凹痕表面及其摩擦學(xué)效應(yīng)摘要眾所周知，凹痕表面可以提高摩擦學(xué)特性。本研究的根本目的是超聲波納米表面改性技術(shù)(UNSM)形成微凹表面的演示過程，并評估其摩擦學(xué)特性的影響。在磁盤上進行球測試，以揭示機制和微凹表面影響。UNSM處理表面和地面進行比較，UNSM處理的表面摩擦系數(shù)已經(jīng)減少了約25％，這對于配合改善表面摩擦學(xué)性能是一個有意義的現(xiàn)象。UNSM處理表面磨損體積損失也被降低了約60％。利用掃描電子顯微鏡和表面粗糙度輪廓測量研究磨損表面。2011愛思唯爾B.V.保留所有權(quán)利關(guān)鍵詞：超聲波納米表面UNS
2、M修改過程微型凹陷滑動摩擦系數(shù)滑動磨損1.引言技術(shù)實踐的今天，特別是在彈簧制造，汽車及航空航天等行業(yè)，沒有機械表面處理工藝流程是很難想象的。為了提高摩擦學(xué)性能和防止組件和機械部件的機械故障所有的表面處理工藝都被用上了。組件的機械故障，特別是摩擦故障，如摩擦和磨損相關(guān)的故障，都是如今不可用的主要的原因之一，這就是為什么這些現(xiàn)象都提升了對摩擦學(xué)興趣。近日，表面紋理已被引入到微觀尺度的水平上來提高摩檫學(xué)的摩擦和磨損。相關(guān)研究主要通過實驗來展開。這些研究，例如，檢查一個扁平的鋼球和一激光紋理鋼盤之間的摩擦，通過該微磁盤上的凹陷
3、的正面影響，得出具有較高的滑動速度下情況更加明顯[1]。在另一個研究工作中，研究了不同種類的微凹陷表面粗糙度，這表明，不同表面紋理的摩擦系數(shù)差別很大[2]。這些研究為降低微凹陷表面的摩擦和磨損率提供洞察機制。然而，有關(guān)微凹表面對摩擦學(xué)特性的影響的實驗通常是耗時的，并且實驗結(jié)果的客觀變化取決于實驗條件，從實驗中歸納微凹表面的結(jié)論，遇到了一些困難[3]。表面紋理對機械部件的摩擦特性的改善是一個有吸引力的方法。微凹配合表面的摩擦學(xué)以各種形式，大小和形狀的研究工作已經(jīng)在世界各地用各種方法使微凹表面技術(shù)開展開來，如噴丸，離子束紋
4、理，激光表面紋理等等。今后，除了這些技術(shù)，UNSM技術(shù)已被應(yīng)用于各種機械部件[4-6]。Nakano等。[7]報道的摩擦系數(shù)增加或減少取決于微觀紋理圖案的幾何形狀，凹坑圖案紋理導(dǎo)致比其他圖案紋理摩擦系數(shù)低，如槽和網(wǎng)格圖案紋理。相關(guān)的結(jié)果表明，較低的摩擦系數(shù)可以被獲得，因為微凹坑的影響導(dǎo)致更大的配合面之間的分離。微凹陷性能的提高主要歸因于UNSM處理表面的微凹陷扮演了潤滑劑水庫和幫助促進保留配合面之間的潤滑薄膜的重要角色，從而降低摩擦和磨損率。值得稱道的作品，以及前面提到的研究，對于提高配合面的摩擦學(xué)和機械性能的改善有很
5、大幫助。2.超聲波納米表面改性處理2.1UNSM處理的概念UNSM技術(shù)是由DesignMecha有限公司開發(fā)和商業(yè)化的一項專利技術(shù)[4]。UNSM是利用超聲波能量改善金屬的一種方法。由于其經(jīng)濟效果，對工件的效果可以很好的調(diào)節(jié)，并因為它在生產(chǎn)機器零件及各種用途的機器中是一種安全，簡單和有效的方法，這項技術(shù)已引起了人們相當(dāng)大的興趣。UNSM技術(shù)掌握著工件表面的質(zhì)量、性質(zhì)和特性，在改造領(lǐng)域修改材料的性能，提高了疲勞和耐腐蝕性以及抗磨損性，并減少了接觸故障，誘導(dǎo)表面層的殘余應(yīng)力和嚴(yán)重的塑性變形以及穩(wěn)定性，在機械工業(yè)領(lǐng)域提高了靜
6、止質(zhì)量和可靠性的特點。UNSM技術(shù)已經(jīng)說明了對各種金屬和合金，如鋁，青銅，鋼，鈦，銅等的有效性，這種UNSM技術(shù)也被應(yīng)用到高溫結(jié)構(gòu)材料。UNSM技術(shù)的主要優(yōu)點之一是它可用于在表面上創(chuàng)建微凹陷，并且這種生產(chǎn)成功率是極高的。2.2微凹表面形成的理論和過程在UNSM技術(shù)工藝過程中，工件表面不僅受靜載荷（聚苯乙烯）作用，而且還受動態(tài)負(fù)載(Pdy=Psin2πft)的作用，如圖1所示[5]。圖2所示的發(fā)電機和壓電轉(zhuǎn)換器發(fā)射超聲波為20kHz。當(dāng)波穿越聲學(xué)助推器時，會被放大。尺寸在10-100微米范圍的震動振幅才可以通過接觸面。均
7、勻的處理可以在處理后的表面獲得。UNSM的原理是基于儀器的超聲波頻率共振的聲學(xué)調(diào)節(jié)體的諧波振蕩轉(zhuǎn)換。通電的超聲波換能器給聲學(xué)調(diào)節(jié)體的本體帶來了共振。從這些工件表面為20,000-40,000平方毫米的高頻脈沖的總的力(F=Pst+Pdy)中產(chǎn)生能量[6]。與此同時，撞擊在工件表面上產(chǎn)生無數(shù)的微凹面，表面上產(chǎn)生嚴(yán)重的塑性變形，從而誘導(dǎo)納米結(jié)構(gòu)。這些微凹表面既可以作為充滿條件下的微流體動壓軸承也可以作為潤滑條件下的混合潤滑和碎屑的微型水庫。通常的氮化硅陶瓷（氮化硅）或碳化鎢球和銷具有球形精度高和表面光滑的特性被作為敲擊介質(zhì)
8、如表1中所示，這些球和銷還可以連接到介質(zhì)中。使用硬度為2300HV的氮化硅制成不同尺寸的球和硬度為1700HV的碳化鎢制成不同尺寸的銷。典型的銷和球的大小是直徑在1.2-6毫米的范圍內(nèi)，這些可以根據(jù)工件選材目的和力學(xué)性能的不用來選擇。在應(yīng)用中根據(jù)想要得到的效果來處理不同的球和銷。備注：F=Pst+Pamsin2π英尺；其中：F是總
