硬质过渡层对表面固体润滑膜层摩擦性能的影响 (3)
1.3.1 表面织构的加工方法
织构化表面的制备和加工方法有很多，常见的技术手段包括:激光熔融烧蚀，模板复制，扫描探针加工，阳极氧化，光刻掩模技术，电加工，化学沉积，溶胶－凝胶以及自组装法。这些方法在材料加工范围和尺寸精度方面都有各自的特点和应用范围。因此，要根据实际情况选择合适的表面织构化制备方法。
柱状 凹坑状 沟槽状
图1.2 三种常见的织构形状
1.3.2 表面织构化参数对摩擦性能的影响
1.3.2.1微孔的分布及尺寸对摩擦学性能的影响
微凹坑织构不仅可以作为润滑油的储存器，还可以作为固体润滑剂如 MoS2和石墨的储存器，从而对自适应涂层表面的润滑性能有很大的增强作用。Voevodin 等［28］利用激光加工技术在 TiCN 硬质自适应涂层表面制备了微米尺寸的坑状阵列。通过改变微坑的直径和间距控制微坑的表面密度在0.5% ～50%之间，然后将固体润滑剂 MoS2和石墨溅射到织构化表面。以钢球作为摩擦对偶评价了上述表面在干/湿氮气环境下的摩擦学表现。研究发现：织构最优化的表面密度为10%，织构化处理后的 TiCN 表面耐磨寿命提高了1个数量级，其主要原因是在干/湿氮气环境下，激光产生的微坑有助于保持润滑剂对表面的持续润滑。比较表面织构化前后的摩擦磨损情况发现，在所测试条件下摩擦磨损均显著减低，主要是微凹坑作为润滑剂的储存器能够对接触对偶表面提供持续润滑。织构化作为表面的一类新颖设计思路，为自适应涂层的构筑提供了多种选择，包括改善和优化微凹坑的尺寸(直径和深度)，以及固体润滑剂的化学组份。
1.3.2.2微孔的形貌对摩擦学性能的影响
通过在表面加工具有一定规则的织构可以改善其摩擦特性和润滑效果，其中织构形状的几何参数是关键因素之一，只有在合适的范围内才会得到优异的润滑效果，否则适得其反。刘东雷等［29］采用皮秒激光在铸铁表面实现了微织构化，考察了光滑、凹坑、网纹和断纹 4 种不同表面的摩擦磨损性能。研究发现: 在干摩擦条件下，相对于光滑表面，表面微织构能够显著改善摩擦系数的稳定性，但不同的织构对摩擦系数的稳定性和初值影响不同。对于摩擦系数稳定值的影响，四种形貌优劣依次为凹坑、网纹、断纹和光滑；而对于摩擦系数初值的影响，四种形貌优劣依次为凹坑、断纹、网纹和光滑。汪家道等［30］考察了面接触情况下不同尺寸的规则凹坑对表面润滑性能的影响，结果表明，只有当规则凹坑表面尺寸适当时，其润滑效果比没有规则凹坑的表面有较大提高，否则适得其反。
1.3.3 织构与其他手段复合对表面宏观摩擦学性能的影响
将表面织构与其他技术手段结合起来会大大改善界面间的摩擦磨损情况。邵天敏等［31］利用电加工的方法在钢表面制备了条纹状织构，研究了 Cu 颗粒和条纹织构的协同作用对摩擦副摩擦磨损性能的影响。研究发现: 摩擦过程中，条纹状织构一方面增大了表面摩擦，同时也起到了容纳磨屑的作用；摩擦系数与条纹织构的面积率以及施加的载荷密切相关，在较大的载荷条件下，表面织构与 Cu 微粒的协同作用可以有效降低摩擦系数，载荷越大，降低摩擦系数所需要的织构面积率越大。王晓雷等［32］率先进行了磁性表面织构润滑特性的研究。他们在摩擦副表面加工出表面织构，采用电沉积方法在微坑中沉积出1层永磁薄膜，这样就形成了周期性分布的微小的磁体，当磁流体润滑剂涂覆于摩擦副表面时，永磁薄膜将对磁流体产生吸附作用。研究结果表明:在滑动速度低于 0.01 m/s 时，凹坑直径为500μm的磁性表面织构采用磁流体进行润滑时，相对于普通润滑液润滑和普通表面采用磁流体润滑具有较好的减小摩擦、降低磨损的作用。接着他们又研究了直径为300、200和100μm的凹坑磁性表面织构，发现磁性表面织构的存在可以有效降低摩擦，尤其在载荷较大时(20N)效果更加明显。磁性表面织构的几何尺寸对减摩效果有重要影响，对于圆形凹坑小于500μm 的磁性表面织构而言，凹坑直径越大，减摩效果越好。以上思路拓宽了我们的思考空间，对于从事摩擦和润滑材料的研究者来说，如何把织构化与其他技术手段很好的结合起来以改善表界面的摩擦学行为将是一个很有前景的方向。
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