织构对铝合金表面润湿性和摩擦学性能的影响

织构对铝合金表面润湿性和摩擦学性能的影响为研究表面织构和润湿性对表面摩擦学性能的影响,利用激光加工技术在5083船用铝合金表面分别加工圆台形和正方形凹坑织构,结合低表面能修饰和
溶胶-凝胶法涂覆SiO2,制备出具有不同润湿性的疏水/油表面。

采用往复摩擦实验机,实验研究表面在水、海水和油中的摩擦学性能。

基于Reynolds方程分别建立圆台形和正方形凹坑织构在流体动压润滑状态下的数学模型,并对润滑膜无量纲平均压力进行数值求解,理论分析了表面织构
对摩擦学性能的影响。

主要研究内容和结果如下:激光加工并结合低表面能修饰和涂覆SiO2制备出超疏水/疏油的铝合金表面,且随凹坑深度的增大,表面的水、海水和油接触角增大。

正方形凹坑织构表面的疏水/油性能优于圆台形凹坑织构表面。

当凹坑深度为30μm时,正方形凹坑织构表面的水、海水和油接触角分别达到163.3°、155.8°和128.7°。

涂覆SiO2改变了液滴与表面的黏附力,使表面的水和海水滚动角减小至2.1°和3.5°。

摩擦学实验结果表明,超疏水/疏油铝合金表面的减摩耐磨性能大幅度提高。

且凹坑深度30 μm织构表面的减摩耐磨性能优于凹坑深度为15 μm的表面,圆台形凹坑织构表面的减摩耐磨性能优于正方形凹坑织构表面。

圆台形凹坑织构表面在水、海水和油中的摩擦系数比光滑表面分别减小了30.5%、34.8%和48.9%。

海水介质中的摩擦系数小于水介质中的,但是磨损量却大于水介质中的。

海水腐蚀物减小了摩擦系数,但却增大了磨损量,对摩擦学性能具有双重效应。

润滑膜无量纲平均压力数值求解结果表明,织构润滑膜无量纲平均压力随凹
坑深度的增大先增大后减小,当凹坑深度为75μm时,润滑膜无量纲平均压力最大。

圆台形凹坑产生的润滑膜无量纲平均压力约是正方形凹坑的2.4倍。

因此,圆台形凹坑织构表面的减摩耐磨性能优于正方形凹坑织构表面,理论计算结果印证了摩擦学实验结果。

为优化织构表面摩擦学性能,理论计算了摩擦滑动方向、凹坑深径比及面积率对润滑膜无量纲平均压力的影响。

当摩擦滑动方向夹角为0°时,正方形凹坑织构润滑膜无量纲平均压力达到最大值1.47。

圆台形凹坑深径比和面积率分别为0.3和55%时,润滑膜无量纲平均压力达到最大值10.1。

正方形凹坑深径比和面积率分别为0.35和63%时,润滑膜无量纲平均压力达到最大值8.1。