一種經(jīng)過邊緣修形的表面凹坑織構(gòu)及其加工方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種經(jīng)過邊緣修形的表面凹坑織構(gòu)及其加工方法。在表面織構(gòu)有效接觸區(qū)內(nèi)凹坑的數(shù)量不少于3個，凹坑直徑不小于30微米，凹坑深度不低于10微米，凹坑面積占比為5%～30%；通過邊緣修形使凹坑邊緣呈連續(xù)曲面變化，即凹坑內(nèi)外以較為平緩的曲面相連接，不存在尖銳的邊緣。本方法步驟為：選取基材，制作凹坑，邊緣修形并清洗。經(jīng)過邊緣修形的表面織構(gòu)可降低織構(gòu)表面對對偶的攻擊性，適用于點接觸、線接觸、面接觸及干摩擦、邊界潤滑等多種工況條件，潤滑狀態(tài)下在實現(xiàn)儲存潤滑液、收集雜質(zhì)和磨粒功能的同時，由于修形后接觸區(qū)域內(nèi)凹坑邊緣為楔形接觸，可促進潤滑膜的形成，降低摩擦磨損。
【專利說明】一種經(jīng)過邊緣修形的表面四坑織構(gòu)及其加工方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種經(jīng)過邊緣修形的表面凹坑織構(gòu)及其加工方法。

【背景技術(shù)】
[0002]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或微小溝槽的點陣，該類織構(gòu)被認(rèn)為具有儲存潤滑液、收集雜質(zhì)和磨粒的作用，實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。
[0003]但現(xiàn)有表面織構(gòu)多采用激光刻蝕加工和簡單的毛刺打磨，從材料表面到織構(gòu)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，這會使磨粒磨損作用增強，導(dǎo)致邊界潤滑或干摩擦條件下對偶的磨損大幅增加，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，不適用于點接觸、線接觸形式和干摩擦、邊界潤滑條件。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種經(jīng)過邊緣修形的表面凹坑織構(gòu)及其加工方法。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種經(jīng)過邊緣修形的表面凹坑織構(gòu)，在表面織構(gòu)有效接觸區(qū)內(nèi)凹坑的數(shù)量不少于3個，凹坑直徑不小于30微米，凹坑深度不低于10微米，凹坑面積占比為5%?30% ;通過邊緣修形使凹坑邊緣呈連續(xù)曲面變化，即凹坑內(nèi)外以較為平緩的曲面相連接，不存在尖銳的邊緣。
[0006]一種經(jīng)過邊緣修形的表面凹坑織構(gòu)的加工方法，包括如下步驟:
a.選取基材，進行表面拋光，其粗糙度控制在Ra不大于3μ m ;
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形凹坑；
c.采用電化學(xué)拋光法或彈性襯墊上的機械拋光法，對打好凹坑的基材表面進行拋光，拋光過程中換幾次方向，拋光后凹坑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、無水乙醇進行超聲波清洗，自然干燥。
[0007]所述步驟a中的基材為鐵、鈦、鉻、鑰、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。
[0008]在修形后的表面進一步采用物理氣相沉積法或化學(xué)氣相沉積法進行硬質(zhì)薄膜的沉積，得到具有硬質(zhì)薄膜表面的經(jīng)過邊緣修形的表面凹坑織構(gòu)。
[0009]所述的硬質(zhì)薄膜為非晶碳基薄膜或以硅、鈦、鉻、鋁、鎢、鑰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。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下突出的實質(zhì)性特點和顯著的優(yōu)點:
本發(fā)明利用彈性襯墊上機械拋光的塌邊現(xiàn)象和電化學(xué)拋光對突起部分刻蝕速度快的作用，對表面織構(gòu)邊緣進行圓滑處理，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現(xiàn)儲存潤滑液、收集雜質(zhì)和磨粒的同時，達到更好的降摩減磨效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為沒有修形與修形后的織構(gòu)對比，修形后織構(gòu)邊緣呈圓弧狀。
[0012]圖2是織構(gòu)的表面分布圖。其中Rp是凹坑直徑，Hp是凹坑深度，R是修形半徑，L是凹坑間距，Φ是凹坑分布傾斜角度。

【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實施例做進一步的說明。
[0014]如圖1和圖2所示，一種經(jīng)過邊緣修形的表面凹坑織構(gòu)，在表面織構(gòu)有效接觸區(qū)內(nèi)凹坑的數(shù)量不少于3個，凹坑直徑不小于30微米，凹坑深度不低于10微米，凹坑面積占比為5%?30% ;通過邊緣修形使凹坑邊緣呈連續(xù)曲面變化，即凹坑內(nèi)外以較為平緩的曲面相連接，不存在尖銳的邊緣。
[0015]實施例1
一種經(jīng)過邊緣修形的表面凹坑織構(gòu)的加工方法,包括如下步驟: a.選取一塊4Crl3鋼(直徑40mm，厚度10mm)，進行表面拋光，其粗糙度為Ra0.02?
0.025 μ m。
[0016]b.用激光在打磨好的表面均勻打出直徑Rp=50ym，深度Ηρ=20μπι，圓心間距L=10 μ m，傾斜角度Φ =60°的圓形凹坑。
[0017]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，拋光墊下放置一塊橡膠墊，拋光墊上涂油性金剛石拋光膏，對打好凹坑的不銹鋼表面進行拋光，中間換幾次方向，拋光后凹坑的直角邊緣會首先被研磨掉，塌邊成圓弧形。
[0018]d.拋光完成后分別在正己烷、無水乙醇中進行超聲波清洗lOmin，自然干燥。
[0019]實施例2
一種經(jīng)過邊緣修形的表面凹坑織構(gòu)的加工方法,包括如下步驟:
a.選取一塊4Crl3鋼(直徑40mm，厚度10mm)，進行表面拋光，其粗糙度控制在Ra0.02 ?0.025 μ m。
[0020]b.用激光在打磨好的表面均勻打出直徑Rp=10 μ m，深度Ηρ=20 μ m，圓心間距L=SOOym,傾斜角度Φ=90°的圓形凹坑。
[0021]c.用砂紙打磨掉激光加工產(chǎn)生的毛刺，再用電解拋光已加工表面，電解拋光后凹坑的直角邊緣會首先被溶解掉，塌邊成圓弧形。
[0022]d.拋光完成后分別在正己烷、無水乙醇中進行超聲波清洗lOmin，自然干燥。
[0023]實施例3
一種經(jīng)過邊緣修形的表面凹坑織構(gòu)的加工方法,包括如下步驟:a.選取一塊聚苯乙烯(直徑40mm，厚度10mm)，進行表面拋光，其粗糙度為Ral μ m。
[0024]b.用激光在打磨好的表面均勻打出直徑Rp=10 μ m，深度Ηρ=20 μ m，圓心間距L=SOOym,傾斜角度Φ=90°的圓形凹坑。
[0025]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，拋光墊下放置一塊橡膠墊，拋光墊上涂油性金剛石拋光膏，對打好凹坑的聚苯乙烯表面進行拋光，中間換幾次方向，拋光后凹坑的直角邊緣會首先被研磨掉，塌邊成圓弧形。
[0026]d.拋光完成后分別在正己烷、無水乙醇中進行超聲波清洗lOmin，自然干燥。
[0027]實施例4
一種經(jīng)過邊緣修形的表面凹坑織構(gòu)的加工方法,包括如下步驟:a.選取一塊4Crl3鋼(直徑40mm，厚度10mm)，進行表面拋光，其粗糙度為Ra0.02?0.025 μ m。
[0028]b.用激光在打磨好的表面均勻打出直徑Rp=50 μ m，深度Ηρ=20 μ m，圓心間距L=10 μ m，傾斜角度Φ =60°的圓形凹坑。
[0029]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，拋光墊下放置一塊橡膠墊，拋光墊上涂油性金剛石拋光膏，對打好凹坑的不銹鋼表面進行拋光，中間換幾次方向，拋光后凹坑的直角邊緣會首先被研磨掉，塌邊成圓弧形。
[0030]d.拋光完成后分別在正己烷、無水乙醇中進行超聲波清洗lOmin，自然干燥。
[0031]e.在修形后的表面進一步采用物理氣相沉積法或化學(xué)氣相沉積法進行非晶碳基薄膜的沉積，得到具有非晶碳基薄膜表面的經(jīng)過邊緣修形的表面凹坑織構(gòu)。
[0032]實施例5
一種經(jīng)過邊緣修形的表面凹坑織構(gòu)的加工方法,包括如下步驟:
a.選取一塊鋁合金(直徑40mm，厚度10mm)，進行表面拋光，其粗糙度為Ra0.02?0.025 μ m。
[0033]b.用激光在打磨好的表面均勻打出直徑Rp=50 μ m，深度Ηρ=20 μ m，圓心間距L=10 μ m，傾斜角度Φ =60°的圓形凹坑。
[0034]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，拋光墊下放置一塊橡膠墊，拋光墊上涂油性金剛石拋光膏，對打好凹坑的不銹鋼表面進行拋光，中間換幾次方向，拋光后凹坑的直角邊緣會首先被研磨掉，塌邊成圓弧形。
[0035]d.拋光完成后分別在正己烷、無水乙醇中進行超聲波清洗lOmin，自然干燥。
【權(quán)利要求】
1.一種經(jīng)過邊緣修形的表面凹坑織構(gòu)，其特征在于，在表面織構(gòu)有效接觸區(qū)內(nèi)凹坑的數(shù)量不少于3個，凹坑直徑不小于30微米，凹坑深度不低于10微米，凹坑面積占比為5%?30%;通過邊緣修形使凹坑邊緣呈連續(xù)曲面變化，即凹坑內(nèi)外以較為平緩的曲面相連接，不存在尖銳的邊緣。
2.一種經(jīng)過邊緣修形的表面凹坑織構(gòu)的加工方法，其特征在于，包括如下步驟: a.選取基材，進行表面拋光，其粗糙度控制在Ra不大于3μ m ; 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形凹坑； c.采用電化學(xué)拋光法或彈性襯墊上的機械拋光法，對打好凹坑的基材表面進行拋光，拋光過程中換幾次方向，拋光后凹坑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、無水乙醇進行超聲波清洗，自然干燥。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的經(jīng)過邊緣修形的表面凹坑織構(gòu)的加工方法，其特征在于，所述步驟a中的基材為鐵、鈦、鉻、鑰、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。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的經(jīng)過邊緣修形的表面凹坑織構(gòu)的加工方法，其特征在于，在修形后的表面進一步采用物理氣相沉積法或化學(xué)氣相沉積法進行硬質(zhì)薄膜的沉積，得到具有硬質(zhì)薄膜表面的經(jīng)過邊緣修形的表面凹坑織構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的經(jīng)過邊緣修形的表面凹坑織構(gòu)的加工方法，其特征在于，所述的硬質(zhì)薄膜為非晶碳基薄膜或以硅、鈦、鉻、鋁、鎢、鑰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。
【文檔編號】C23C16/44GK104044016SQ201410248161
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】吳行陽, 曹允, 牛浩之, 張建華 申請人:上海大學(xué)