Трибологические свойства высоких

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 13180 (2023) Цитировать эту статью

125 доступов

Подробности о метриках

Недостаточная смазка двух соприкасающихся поверхностей при трении может привести к сильному износу, особенно при резке металла. Поэтому для улучшения смазывания была предложена поверхность с синергическим антифрикционным действием текстуры и твердой смазки. Сетчатая текстура с превосходной смачиваемостью была подготовлена ​​на поверхности быстрорежущей стали (HSS) с помощью лазера, а затем нейлоновые волокна были вертикально имплантированы в канавки текстуры с использованием технологии электростатического флокинга. Трение и состояние износа различных поверхностей (гладких, текстурированных, флокирующихся) при сухой/масляной смазке исследовались с помощью измерителя линейного возвратно-поступательного движения. Коэффициент трения (COF) при различных условиях работы использовался для анализа антифрикционных свойств, а скорость изнашивания – для оценки износостойкости поверхности. Результаты показали, что трибологические свойства флокированных поверхностей были лучше, чем у двух других поверхностей. Это связано с тем, что добавление нейлоновых волокон облегчает сдвиг по краям текстуры. Разорванные волокна образуют на поверхности образца прочную смазочную пленку, которая предотвращает появление царапин на поверхности. Кроме того, обнаружено, что COF снижается с увеличением нагрузки. Наконец, быстрая смачиваемость капель масла на флокируемой поверхности показывает большой потенциал поверхности в плане смазки и антифрикционных свойств.

Износ, вызванный трением, является одной из основных причин выхода из строя оборудования и деталей1. Поэтому исследования по снижению трения привлекли внимание многих ученых, уделяя особое внимание новым материалам, текстуре поверхности, покрытиям, смазкам и другим аспектам. В области резки металла материал сильно трется о поверхность инструмента, создавая таким образом область высокой температуры и высокого давления на кончике инструмента, что предотвращает попадание смазки и серьезно влияет на срок службы инструмента. инструмент.

Текстурированным поверхностям уделялось большое внимание из-за их хороших трибологических свойств, но представленный уровень техники довольно краток и неполен. По мнению Грутцмахера и др.2, текстуры выполняют функции хранения мусора и смазочных материалов, уменьшения фактической площади контакта и помогают увеличить гидродинамическое давление. Ченг и др.3 исследовали трение и износ различных текстурированных поверхностей и исследовали влияние глубины, шероховатости и нагрузки на межфазное трение, используя модель гибридной эластомерной смазки. Вэй и др.4 подготовили четыре типа текстурированных поверхностей с различной плотностью площади и провели испытания на износ шариковых дисков. Результаты показали, что текстуры значительно улучшают износостойкость материала подложки, а эффект гидродинамической смазки, вызываемый текстурой, является основной причиной снижения трения. Ван и др.5 обнаружили, что поверхности с текстурой имеют наименьший коэффициент прочности, а кривая коэффициента трения более стабильна, чем кривая поверхности без текстуры. Коста и др.6 проанализировали антифрикционные свойства текстурированной поверхности в различных применениях и подчеркнули большие преимущества лазерной обработки при подготовке текстур. Однако Мариан и др.7 отметили, что текстуры для контроля трения и износа в смазанных трибоконтактах все еще находятся на стадии проб и ошибок.

Дальнейшая оптимизация смазки текстурированных поверхностей может снизить трение и износ, тем самым повышая энергоэффективность и экологичность. Наполнение текстуры твердыми смазками привлекло большое внимание благодаря удобству приготовления и самосмазывающимся свойствам. Ли и др.8 добавили в текстуру мягкий металл (серебро) и подтвердили, что поверхность не оказывает очевидного влияния на снижение трения при комнатной температуре, в то время как антифрикционные свойства улучшаются при 200 °C, 400 °C и 300 °C. . Более того, смазывающая способность текстуры оказывает более существенное влияние на снижение трения при температурах выше 400 °С. Ми и др.9 исследовали характеристики износа текстурированной поверхности, заполненной твердой смазкой WC/Cu. Частицы износа образовывали смазочную пленку на поверхности фазы Cu, а фаза Cu образовывала самосмазывающуюся пленку на твердых островках WC. Таким образом, образование смазочной пленки на изнашиваемой поверхности снизило коэффициент трения и улучшило износостойкость. Хуанг и др.10 использовали метод химического покрытия для нанесения твердой смазки Ag/MoS2 в ямки и провели испытания на износ. Результаты показали, что коэффициент трения и износ значительно снизились, поскольку твердая смазка образует смазочную пленку на поверхности. Кроме того, Инь и др.11 распылили неметаллическую твердую смазку (частицы графита) на текстурированную поверхность и пришли к выводу, что графит значительно улучшает трибологические свойства поверхности в ходе испытаний на износ. Мэн и др.12 исследовали антифрикционные свойства различных типов твердых смазочных материалов (CaF2, WS2 и графита) в текстурах. Они пришли к выводу, что текстуры, наполненные твердыми смазками WS2 или графитом, демонстрируют относительно низкий коэффициент трения, а наличие смазочной пленки в области трения защищает образцы от дальнейшего повреждения из-за износа. Ван и др.13 наполнили текстуру композитной твердой смазки, проводя процесс осаждения под давлением. Испытания на трение показали, что текстура действует как резервуар для смазки, постепенно выделяя смазку в область скользящего контакта во время скольжения, а наибольший вклад в снижение коэффициента трения вносят углеродные нановолокна в составе композитной твердой смазки. Хуа и др.14 исследовали фрикционные свойства текстуры, наполненной полиимидом в качестве твердой смазки, в диапазоне от комнатной температуры до 400 °C. Результаты показали, что коэффициент трения текстурированной поверхности, заполненной гибкой смазкой, был значительно ниже и более стабильным. Розенкранц и др.15 отметили в обзоре, что сочетание текстуры и твердых смазок является многообещающим подходом для получения поверхностей с регулируемым трением или износом. Тем не менее, существует еще много возможностей для дальнейшего совершенствования и оптимизации технологии, чтобы максимизировать синергию между текстурами и твердыми смазочными материалами.