[發(fā)明專利]一種經(jīng)過邊緣修形的表面凸起織構(gòu)及其加工方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410248068.1
• 申請(qǐng)日: 2014-06-06
• 公開（公告）號(hào): CN104057366A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳行陽;牛浩之;曹允;張建華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): B24B1/00
• 分類號(hào): B24B1/00;C23C14/22;C23C16/44
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種經(jīng)過邊緣修形的表面凸起織構(gòu)及其加工方法。

背景技術(shù)

表面織構(gòu)是在材料表面上加工出具有一定尺寸和排列的凹坑、凸起或微小溝槽的點(diǎn)陣，該類織構(gòu)被認(rèn)為具有儲(chǔ)存潤滑液、收集雜質(zhì)和磨粒的作用，實(shí)踐也已證明表面織構(gòu)是改善材料摩擦學(xué)特性的一種有效手段。

但現(xiàn)有表面織構(gòu)多采用激光刻蝕加工和簡(jiǎn)單的毛刺打磨，從材料表面到織構(gòu)凹陷內(nèi)側(cè)面的交接邊緣為直角、較尖銳，在載荷作用下邊緣效應(yīng)突出，即存在應(yīng)力集中的問題，這會(huì)使磨粒磨損作用增強(qiáng)，導(dǎo)致邊界潤滑或干摩擦條件下對(duì)偶的磨損大幅增加，引起摩擦系數(shù)高且不穩(wěn)。因而這類表面織構(gòu)主要用于面接觸及流體潤滑條件，不適用于點(diǎn)接觸、線接觸形式和干摩擦、邊界潤滑條件。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種經(jīng)過邊緣修形的表面凸起織構(gòu)及其加工方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種經(jīng)過邊緣修形的表面凸起織構(gòu)，在表面織構(gòu)有效接觸區(qū)內(nèi)凸起的數(shù)量不少于3個(gè)，凸起直徑不小于50微米，凸起高度不低于10微米，凸起面積占比不小于30%；通過修形使凸起邊緣呈連續(xù)曲面變化，即凸起上表面與側(cè)面以較為平緩的曲面相連接，不存在尖銳的邊緣。

一種經(jīng)過邊緣修形的表面凸起織構(gòu)的加工方法，包括如下步驟：

a.選取基材，進(jìn)行表面拋光，其粗糙度控制在Ra不大于3μm；

b.用激光或電化學(xué)拋光法在拋光好的基材表面均勻打出圓柱凸起；

c.采用電化學(xué)拋光法或彈性襯墊上的機(jī)械拋光法，對(duì)制作好凸起的基材表面進(jìn)行拋光，拋光過程中換幾次方向，拋光后凸起的直角邊緣被研磨掉，塌邊成圓弧形；

d.拋光完成后，分別用正己烷、無水乙醇進(jìn)行超聲波清洗，自然干燥。

所述步驟a中的基材為鐵、鈦、鉻、鉬、鎢、鋁、銅、鎳的單一金屬材料以及含有其中至少一種金屬元素的合金材料；或聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、環(huán)氧樹脂、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯的單一高分子聚合物以及含有其中至少一種聚合物的高分子復(fù)合材料；或碳化硅、氮化硅、氧化鋯、氧化鋁的單一陶瓷材料以及含有其中至少一種陶瓷材料的復(fù)合陶瓷材料。對(duì)高分子材料或陶瓷材料也可通過加工相應(yīng)的模具采用鑄壓成型技術(shù)獲得所需的修形織構(gòu)表面圖形。另外，3D打印技術(shù)也可用于該類表面圖形的制造。

在修形后的表面進(jìn)一步采用物理氣相沉積法或化學(xué)氣相沉積法進(jìn)行硬質(zhì)薄膜的沉積，得到具有硬質(zhì)薄膜表面的經(jīng)過邊緣修形的表面凸起織構(gòu)。

所述的硬質(zhì)薄膜為非晶碳基薄膜或以硅、鈦、鉻、鋁、鎢、鉬其中至少一種元素的碳化物、氮化物、碳氮化物或氧化物為主要成分的硬質(zhì)化合物涂層。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明利用彈性襯墊上機(jī)械拋光的塌邊現(xiàn)象和電化學(xué)拋光對(duì)突起部分刻蝕速度快的作用，對(duì)表面織構(gòu)邊緣進(jìn)行圓滑處理，將表面織構(gòu)相交面間的直角變成圓滑曲線，形成圓滑過渡，從而減小邊緣效應(yīng)并引入楔形接觸，提供一種通過邊緣修形來實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)存潤滑液、收集雜質(zhì)和磨粒的同時(shí)，達(dá)到更好的降摩減磨效果。

附圖說明

圖1為沒有修形與修形后的織構(gòu)對(duì)比，修形后織構(gòu)邊緣呈圓弧狀。

圖2是織構(gòu)的表面分布圖。其中Rp是凸起直徑，Hp是凸起高度，R是修形半徑，L為圓柱凸起的橫向間距，Lv為圓柱凸起的縱向間距。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例做進(jìn)一步的說明。

如圖1和圖2所示，一種經(jīng)過邊緣修形的表面凸起織構(gòu)，在表面織構(gòu)有效接觸區(qū)內(nèi)凸起的數(shù)量不少于3個(gè)，凸起直徑不小于50微米，凸起高度不低于10微米，凸起面積占比不小于30%；通過修形使凸起邊緣呈連續(xù)曲面變化，即凸起上表面與側(cè)面以較為平緩的曲面相連接，不存在尖銳的邊緣。

實(shí)施例1

一種經(jīng)過邊緣修形的表面凸起織構(gòu)的加工方法，包括如下步驟：

a.選取一塊4Cr13鋼（直徑40mm，厚度10mm），進(jìn)行表面拋光，其粗糙度控制在Ra0.02～0.025μm。

b.用激光在打磨好的表面均勻打出直徑50μm，圓心間距150μm，高度10μm的圓柱凸起。

c. 用砂紙打磨掉激光加工產(chǎn)生的毛刺，再選用旋轉(zhuǎn)式研磨拋光機(jī)，拋光墊下放置一塊橡膠墊，拋光墊上涂油性金剛石拋光膏，對(duì)打好凸起的不銹鋼表面進(jìn)行拋光，中間換幾次方向，拋光后凸起的直角邊緣會(huì)首先被研磨掉，塌邊成圓弧形。

d.拋光完成后分別在正己烷、無水乙醇中進(jìn)行超聲波清洗10min，自然干燥。