网状弹性自适应表面润滑织构的制作方法

本实用新型涉及一种网状弹性自适应表面润滑织构。

背景技术：

随着三代核电、舰载核动力和弹射技术的发展，关键设备摩擦副在无高压润滑介质顶起状态或热瞬态下，仍具备较低的磨损和较好的润滑状态。转动或滑动部件一般有两类传统摩擦副，金属类如巴氏合金，非金属类如石墨或树脂；巴氏合金用于油润滑，石墨用于水润滑，树脂即可用于油润滑也可以用于水润滑；在无高压润滑介质顶起时，摩擦副在低速油膜或水膜较低，这种边界润滑不能有效隔离摩擦副直接接触，摩擦副表面将会造成较大磨损或损坏，甚至造成剥落。所以，需要解决边界润滑状态下过度磨损问题。

传统改善边界润滑有两种方法，第一种，增加摩擦副润滑介质进出两侧深度；第二种，在摩擦副表面增加微观织构(如圆形、矩形等凹坑)。第一种方法可以使得摩擦副在处于边界润滑时，增加润滑介质的供给量，虽能一定程度改善边界润滑，却导致了稳态润滑介质压力曲线峰值过高，深度过大时，介质流出侧出现负压进一步加大磨损。第二种方法可以使得摩擦副在边界润滑状态下，摩擦副表面仍然分布较多的润滑介质凹坑，但这些凹坑将会影响稳态时润滑介质在摩擦副的压力分布，降低摩擦副的承载能力，虽然改善了边界润滑状态的磨损过大问题，但却降低了稳态时的摩擦副性能。

因此，需要研制一种新结构，这种表面织构，在热瞬态或低速可以自动凸起，但在稳态时又自动消失；即能改善边界润滑时过度磨损，又不影响稳态时摩擦副承载能力，表面织构可动态生成。

技术实现要素：

本实用新型的目的提供一种可以改善低速边界润滑和干摩擦时过度磨损问题，无载荷或高速时摩擦副的润滑介质再次建立起流体润滑，网状格织构自动消失，不影响摩擦副稳态承载性能的自动凸起回网状弹性自适应表面润滑织构。本实用新型的技术方案为：一种网状弹性自适应表面润滑织构，基材2上表面设置凹槽3，覆盖层1布置在基材2上方，覆盖层1部分嵌入凹槽3，覆盖层1与基材2之间无间隙保持紧密连接，覆盖层1上方的表面层6与刚体直接接触部分凸起，凸起部分16是凹槽3对应的正上方表面层6，非凸起部分7上层存留润滑介质17，第二厚度5与第一厚度4比值为0.5：5。

第一类网状格19在基材2的凹槽3内呈矩形分布，第二类网状格20在基材2的凹槽3内呈菱形分布，第三类网状格21在基材2的凹槽3内呈扇形分布，第四类网状格22在基材2的凹槽3内呈环形分布，第五类网状格23在基材2的凹槽3内呈螺线形分布。

摩擦副为可动部分和不动部分，当可动部分处于低速运行状态或处于快速加减速瞬态状态，不动部分上方的润滑介质连续厚度将降低，当摩擦副直接接触后，凹槽3对应的正上方表面层6将会凸起，凸起部分16一般比非凸起部分7高出1微米至30微米，形成多个储存润滑介质17的等效浅水槽，等效浅水槽内的润滑介质17可大幅度降低摩擦副干摩擦面积，并提供部分流体润滑的空间，对于改善摩擦副边界润滑时的过度磨损有帮助；摩擦副流体润滑重新建立，摩擦副直接接触消失后，凸起部分16自动回落，表面层6恢复正常，不影响摩擦副稳态承载能力。第二厚度5与第一厚度4比值如果小于0.5 倍，摩擦副直接接触消时，凸起部分16的凸起高度将会小于1微米，无法起到改善边界润滑的作用；第二厚度5与第一厚度4比值如果大于5倍，凸起部分16的凸起高度将会远大于10微米，将会增加覆盖层1内应力，并降低边界润滑效果，超出边界润滑时润滑介质流体膜的厚度数量级。

本实用新型网状格自润滑表面织构，与第一类增加摩擦副润滑介质进出两侧深度传统改善边界润滑方法相比，即可在摩擦副边界润滑状态下凸起网状结构，网状结构内部可以存微米级润滑介质润滑薄膜，可以改善边界润滑干摩擦，当摩擦副之间分离流体润滑建立，凸起网状结构回落，这样不会影响稳态时承载能力，不会发生诸如出水边负压问题产生的过度磨损。与第二类增加表面不可变化的凹坑传统改善边界润滑方法相比，即可在摩擦副边界润滑状态下凸起网状结构，网状结构内部可以存微米级润滑介质润滑薄膜，可以改善边界润滑干摩擦，当摩擦副之间分离流体润滑建立，凸起网状结构回落，这样不会影响稳态时承载能力，不会发生诸如传统式表面凹坑降低稳态承载力的弱点。

本实用新型网状格自润滑表面织构经过了某水润滑推力轴承台架试验验证，在无高压水顶起的工况下，经过了多次启停和失电惰转试验，经拆机检查，推力瓦瓦面发现网状格摩擦痕迹，说明推力瓦瓦面经过网状格自润滑表面织构改进，可以改善边界润滑过度磨损。

附图说明

图1本实用新型的一种网状格自润滑表面织构结构图

图2为图1俯视图

图3为图1的项3放大图

图4为图2的侧视放大图

图5为矩形网状格俯视图

图6为菱形网状格俯视图

图7为扇形网状格俯视图

图8为环形网状格俯视图

图9为螺线形网状格俯视图

图10为反向梯形凹槽图

图11为正向梯形凹槽图

图12为正向凸出柱面凹槽图

图13为正向凸出锥形凹槽图

图14为反向凸出锥形凹槽图

图15为三角型凹槽图

图16为半圆形凹槽图

图17为网状格凸起高度分布图

图18为网状格底部应力分布图

具体实施方式：

图1为一种网状格自润滑表面织构，基材2上表面设置凹槽3，覆盖层1布置在基材2上方，覆盖层1部分嵌入凹槽3，覆盖层1与基材2之间无间隙保持紧密连接，覆盖层1的上方表面层6为平面或柱面；覆盖层1属于低弹性模量材料，基材2为高弹性模量材料。无载荷时表面层6不会凸起；高转速有流体润滑时，表面层6不被接触，因此表面层6也不会凸起。

如图2所示，覆盖层1上方的表面层6在被接触时发生部分凸起，凸起部分16恰恰是凹槽3对应的正上方表面层6，润滑介质17处于凸起部分16包络。在低转速或热瞬态时，间隔分布的润滑介质17对边界润滑或干摩擦所引起的过度磨损有较大改善。

如图3所示，第二厚度5与第一厚度4比值为0.5倍至5倍，凹槽3的一般形状为矩形凹槽18。第二厚度5过厚时，覆盖层1凸起会过大，第一厚度4过小时，会降低凸起效果。

如图4所示，覆盖层1在被接触时发生部分凸起，凸起部分16 恰恰是凹槽3对应的正上方表面层6，非凸起部分7上层存留润滑介质17，当表面层6不与刚体直接接触后，表面层6的凸起部分16自动回落。在覆盖层1被直接接触时，凸起部分16将会改善过度干摩擦；当覆盖层1不被直接接触时，凸起部分16会自动回落，不会影响稳态时的运行。

如图5所示，第一类网状格19在基材2的凹槽3内呈矩形分布。当覆盖层1被直接接触时，表面层6将会有同第一类网状格19样式凸起，进而达到改善边界润滑和降低干摩擦的过度磨损。

如图6所示，第二类网状格20在基材2的凹槽3内呈菱形分布。当覆盖层1被直接接触时，表面层6将会有同第二类网状格20样式凸起，进而达到改善边界润滑和降低干摩擦的过度磨损。

如图7所示，第三类网状格21在基材2的凹槽3内呈扇形分布。当覆盖层1被直接接触时，表面层6将会有同第三类网状格21样式凸起，进而达到改善边界润滑和降低干摩擦的过度磨损。

如图8所示，第四类网状格22在基材2的凹槽3内呈环形分布。当覆盖层1被直接接触时，表面层6将会有同第四类网状格22样式凸起，进而达到改善边界润滑和降低干摩擦的过度磨损。

如图9所示，第五类网状格23在基材2的凹槽3内呈螺线形分布。当覆盖层1被直接接触时，表面层6将会有同第五类网状格23 样式凸起，进而达到改善边界润滑和降低干摩擦的过度磨损。

如图10所示，覆盖层1所采用的凹槽3形状为反向梯形槽8。反向梯形槽8内覆盖层1材料受到内应力较小。

如图11所示，覆盖层1所采用的凹槽3形状为正向梯形槽9。正向梯形槽9内覆盖层1材料限位比较可靠。

如图12所示，覆盖层1所采用的凹槽3形状为正向凸出柱面形槽10。正向凸出柱面形槽10内覆盖层1材料受到内应力较小。

如图13所示，覆盖层1所采用的凹槽3形状为正向凸出锥形槽 11。正向凸出锥形槽11内覆盖层1材料受到内应力较小。

如图14所示，覆盖层1所采用的凹槽3形状为反向凸出锥形槽 12。反向凸出锥形槽12内覆盖层1材料限位比较可靠。

如图15所示，覆盖层1所采用的凹槽3形状为三角形槽14。三角形槽14内覆盖层1材料受到内应力较小。

如图16所示，覆盖层1所采用的凹槽3形状为半圆形槽15。半圆形槽15内覆盖层1材料受到内应力较小。

如图17所示，当第二厚度5从3mm增加至12mm时，凸起部分 16高度从3微米提高至9微米，可以通过控制第二厚度5来控制凸起部分16高度，以应对不同流体润滑改善边界润滑的要求；图17横坐标为第二厚度5厚度，图17纵坐标为凸起部分16凸起高。

如图18所示，当第二厚度5从3mm增加至12mm时，凹槽3内覆盖层1材料受到内应力大小从1.5MPa增加至1.7MPa，控制第二厚度 5进一步控制覆盖层1材料的内应力集中水平；图18横坐标为第二厚度5厚度，图18纵坐标为凹槽3内覆盖层1材料内应力值。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。