耐磨复合表面微结构及耐磨实验方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及耐磨复合表面微结构及耐磨实验方法，属于表面和界面工程技术领 域。
【背景技术】
[0002] 目前机械领域超过50%的报废和失效都是因为磨损。随着机械的运行，润滑油缺 失和磨损产生的磨粒进一步加剧磨损都是导致磨损失效的主要因素。为了提高材料的耐磨 性，表面微结构是近年来发展的一种新技术。通过在摩擦表面设计凹陷或凸起，能够在一定 程度上提高耐磨性。但是现在的表面微结构都只设计单一的单元，包括凹坑和凸起，减磨功 能单一或不足。
【发明内容】
[0003] 为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种耐磨复合表面微结构，具有延长润 滑油脂供应时间和排出磨肩的复合功能，其具体技术方案如下：
[0004] 耐磨复合表面微结构，包括光滑板面和设置在光滑板面表面的微结构，所述微结 构包括若干个凹坑和若干条凹槽，
[0005] 所述凹坑为中部朝向光滑板面内部凹陷，凹坑四周边界闭合，
[0006] 所述若干条凹槽相互平行，所述任意相邻的凹槽之间分布有若干个凹坑，所述位 于任意相邻的凹槽之间的凹坑呈一排或若干排与凹槽平行排布，
[0007] 或者所述若干条凹槽相互垂直交错，所述凹槽的两侧均分布有若干个凹坑。
[0008] 所述若干条凹槽相互平行，任意相邻的凹槽中间设置有一排凹坑，每排凹坑中任 意相邻的凹坑之间的间距相等。
[0009] 所述光滑板面选用光滑平面或者光滑弧面。
[0010] 所述凹槽呈直线形状，凹槽的任意横截面形状一致，所述凹坑的开口呈圆形，所述 凹槽的开口宽度与凹坑的开口直径相等。
[0011] 所述凹坑的深度小于光滑板面的厚度，所述凹槽的深度不大于光滑板面的厚度的 50%〇
[0012] 所述凹槽和凹坑的开口面积之和占光滑板面总面积的1%~50%。
[0013] 基于耐磨复合表面微结构的耐磨实验方法，包括以下操作步骤：
[0014] (1)选取光滑板面：选取金属材质的光滑板面，在光滑板面的表面加工出凹坑和 凹槽，并清洗干燥，记下此时的光滑板面的尺寸和重量；
[0015] (2)涂抹油脂：在光滑板面的表面涂抹上油脂，并在凹坑和凹槽中填满油脂；
[0016] (3)选取对偶摩擦副：选取与光滑板面相同材质和规格的板面作为对偶摩擦副， 对偶摩擦副表面光滑，清洗干燥后记下此时对偶摩擦副的尺寸和重量；
[0017] (4)进行摩擦试验：分别将步骤（1)所述的光滑板面和步骤（3)所述的对偶摩擦 副安装到摩擦试验机上，控制相同的压力，以相同的转速，摩擦磨损试验相同的时间；
[0018] (5)计算磨损量：将进行过步骤（4)所述的摩擦试验后的光滑板面和对偶摩擦副 分别进行清洗干燥，并分别记下此时的光滑板面和对偶摩擦副的尺寸和重量，将光滑板面 试验前后的尺寸和重量对比，将对偶摩擦副试验前后的尺寸和重量对比，计算得到光滑板 面和对偶摩擦副的磨损量。
[0019] 所述的步骤（1)中的光滑板面选用45号钢，所述步骤（3)中的对偶摩擦副也选用 45号钢。
[0020] 所述步骤（1)中的光滑板面呈圆盘形状，光滑板面的直径为60_、厚度为10_，光 滑板面表面的凹坑直径为2mm、深度为1mm，凹槽宽度为2mm、深度为1mm，所述步骤（3)中的 对偶摩擦副呈圆盘形状，对偶摩擦副的直径为60mm、厚度为10mm。
[0021] 所述步骤⑷中摩擦试验机控制的压力为200N，转速为200转/分钟，摩擦磨损试 验的时间为500小时。
[0022] 本发明的工作原理是：
[0023] 本发明利用两种或两种以上的不同表面微结构交错分布或者相间分布，实现多功 能的减磨作用，通过光滑板面的凹槽，可以将摩擦磨损产生的磨肩容纳和排出去，减轻光滑 板面的表面的磨粒磨损；凹坑用于容纳油脂，在摩擦过程中实现持续供应油脂，降低摩擦系 数，减轻磨损，凹坑同时用于容纳磨肩，减轻表面的磨粒磨损，从而大大提高表面的耐磨能 力。
[0024] 当摩擦产生磨肩后，磨肩进入到凹坑中，凹坑中的油脂被磨肩挤出后，油脂浸出后 进入到光滑板面的摩擦表面，让油脂能够浸润摩擦表面，降低摩擦系数。
[0025] 本发明的有益效果是：
[0026] 本发明凹槽不仅提供足够的油脂存贮空间，同时油脂具有较大的流动范围，避免 光滑板面局部油脂短缺，造成磨损不均，能够实现不同部位的油脂相互补给，实现磨损均 匀，且不存在因缺少油脂而造成的局部磨损。
[0027] 本发明加工简单易行，应用前景广阔，尤其在工程机械的运动部件上有很大的应 用前景。
【附图说明】
[0028] 图1是本发明的实施例2的微结构分布图，
[0029] 图2是本发明的实施例3的微结构分布图，
[0030] 图3是本发明的实施例4的微结构分布图， 图4是本发明的实施例5的微结构分布图， 图5是本发明的实施例6的微结构分布图， 图6是本发明的实施例7的微结构分布图。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图和【具体实施方式】，进一步阐明本发明。应理解下述【具体实施方式】仅 用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
[0032] 本耐磨复合表面微结构，包括光滑板面和设置在光滑板面表面的微结构，所述微 结构包括若干个凹坑和若干条凹槽，所述凹坑为中部朝向光滑板面内部凹陷，凹坑四周边 界闭合。本发明通过在光滑板面表面设置凹坑或凹槽，或者凹坑和凹槽同时设置，凹坑和凹 槽具有存贮油脂和容纳磨肩的功能，在光滑板面进行摩擦前，在凹坑和凹槽中填满油脂，在 光滑板面表面涂抹上油脂，当摩擦进行时，光滑板面产生磨肩，磨肩能够存贮到凹坑或凹槽 中，避免磨肩增大光滑板面的磨损。
[0033] 所述光滑板面选用光滑平面或者光滑弧面。光滑平面和光滑弧面均能够采用本发 明的微结构来减少磨损。
[0034] 所述凹坑的深度小于光滑板面的厚度，保证凹坑存储润滑材料的功能。
[0035] 所述凹槽的深度不大于光滑板面的厚度的50%，所述凹槽和凹坑的开口面积之和 占光滑板面总面积的1%~50%。保证结构的整体强度。
[0036] 凹坑和凹槽具有以下两种位置分布关系：
[0037] 第一种分布位置关系为：所述若干条凹槽相互平行，所述任意相邻的凹槽之间分 布有若干个凹坑，所述位于任意相邻的凹槽之间的凹坑呈一排或若干排与凹槽平行排布。 在摩擦过程中，油脂能够在凹槽中任意流动，且磨肩进入到凹坑或凹槽中，油脂从凹坑或凹 槽中溢出，油脂溢出到凹坑或凹槽的四周，润滑光滑板面。
[0038] 另一种分布位置关系为：所述若干条凹槽相互垂直交错，所述凹槽的两侧均分布 有若干个凹坑。凹槽相互垂直，增加了凹槽能够延伸到的区域，增强了润滑和排出磨肩的效 果。
[0039] 基于耐磨复合表面微结构的耐磨实验方法，包括以下操作步骤：
[0040] (1)选取光滑板面：选取金属材质的光滑板面，在光滑板面的表面加工出凹坑和 凹槽，并清洗干燥，记下此时的光滑板面的尺寸和重量；
[0041] (2)涂抹油脂：在光滑板面的表面涂抹上油脂，并在凹坑和凹槽中填满油脂；
[0042] (3)选取对偶摩擦副：选取与光滑板面相同材质和规格的板面作为对偶摩擦副， 对偶摩擦副表面光滑，清洗干燥后记下此时对偶摩擦副的尺寸和重量；
[0043] (4)进行摩擦试验：分别将步骤（1)所述的光滑板面和步骤（3)所述的对偶摩擦 副安装到摩擦试验机上，控制相同的压力，以相同的转速，摩擦磨损试验相同的时间；
[0044] (5)计算磨损量：将进行过步骤⑷所述的摩擦试验后的光滑板面和对偶摩擦副 分别进行清洗干燥，并分别记下此时的光滑板面和对偶摩擦副的尺寸和重量，将光滑板面 试验前后的尺寸和重量对比，将对偶摩擦副试验前后的尺寸和重量对比，计算得到光滑板 面和对偶摩擦副的磨损量。
[0045] 通过光滑板面的磨损量和对偶摩擦副的磨损量的比较，能够得出设置了本发明中 的凹坑和凹槽的光滑板面磨损量小，具有减少摩擦磨损的效果。同时合理设计凹坑和凹槽 的分布，得到最好的效果。
[0046] 作为一个具体的实施例，本发明方法中的材质、规格以及摩擦试验参数能够选用 如下参数：
[0047] 所述的步骤（1)中的光滑板面选用45号钢，所述步骤（3)中的对偶摩