带倾角的表面微凹织构
阅读说明：本技术 带倾角的表面微凹织构 (Surface micro-concave texture with dip angle ) 是由 李永健 祁志浩 闫剑锋 李德才 索双富 王子羲 晋立丛 黄伟峰 郭飞 路益嘉 于 2020-11-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种带倾角的表面微凹织构,所述表面微凹织构为I型织构、II型织构或III型织构,其中,所述I型织构中的单个织构的所述壁面夹角分别为相对两侧的钝角和锐角,所述I型织构中的所有单个织构的钝角位于相同的一侧,所述I型织构中的所有单个织构的锐角位于相同的另一侧；所述II型织构中的单个织构的所述壁面夹角全为钝角；所述III型织构中的单个织构的所述壁面夹角全为锐角。本发明的带倾角的表面微凹织构能减小犁削作用或减小润滑油的流失。(The invention discloses a surface micro-concave texture with an inclination angle, which is an I-type texture, a II-type texture or a III-type texture, wherein included angles of wall surfaces of single textures in the I-type texture are respectively an obtuse angle and an acute angle at two opposite sides, the obtuse angles of all the single textures in the I-type texture are positioned at the same side, and the acute angles of all the single textures in the I-type texture are positioned at the same other side; all the included angles of the wall surfaces of the single texture in the II-type texture are obtuse angles; the included angles of the wall surfaces of the single texture in the III-type texture are all acute angles. The micro-concave texture of the surface with the inclination angle can reduce the plowing effect or reduce the loss of lubricating oil.)
技术领域
本发明涉及机械运动摩擦副表面技术领域，尤其是涉及一种带倾角的表面微凹织构。
背景技术
固体表面形貌对其摩擦行为及抗磨性影响很大，固体表面的摩擦特性可以通过选择适当的表面处理而不是单纯将其光滑化来改进，而加工表面微凹织构便是其中的一种表面处理方式。
表面微凹织构是通过一些加工方法在材料表面上加工的尺寸和间距在微米量级的凹坑、凹槽或其他形状的阵列。表面微凹织构在提高摩擦副表面摩擦磨损和润滑性能方面具有显著的作用，是近年来摩擦学研究的热点。
研究表明，在干摩擦中，表面的反复的对磨过程中产生大量磨粒，这些磨粒的尺寸一般在微米级，而表面微凹织构能够容纳对磨过程中产生的磨粒，从而避免磨粒对表面磨损，因此，表面微凹织构能够降低织构表面的磨损量，然而对于无织构表面，由于对磨表面存在织构，而织构内壁与表面会形成类似切削刃的部分，能够犁削无织构表面，从而加剧无织构表面的磨损。
在贫油润滑(包括边界润滑和混合润滑)中，两摩擦表面间的距离很小，两表面间存在接触区域，也存在非接触区域，而在非接触区存在润滑油，这对降低摩擦过程中的摩擦系数和磨损量有很大的影响，而表面微凹织构既可以减少两表面之间的实际接触面积，又可以起到储存润滑油的作用，减少润滑油的流失，在摩擦过程中不断向摩擦表面提供润滑油，从而减小材料的摩擦和磨损。
当处于流体润滑状态时，两个表面完全被润滑油膜隔开，摩擦副表面不存在直接的接触，摩擦力和磨损都非常小，是一种理想的润滑状态。在这种状态下由表面织构形成的负压区的空化现象抑制了负压，从而产生了额外的承载力，并且能够更迅速的形成流体动压润滑油膜。
表面微凹织构的不同形状、尺寸以及组合等对摩擦性能的影响不尽相同。
综上，现有的表面微凹织过存在如下问题：由于微凹织构内壁的犁削作用，当无织构表面材料在载荷作用下压入织构内后，表面材料更易剥落，导致磨损加剧。当摩擦过程中振动较大，或对磨摩擦副表面不在水平面上时，油润滑时，润滑油更易流失。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种带倾角的表面微凹织构，能减小犁削作用或减小润滑油的流失。
根据本发明实施例的带倾角的表面微凹织构，所述表面微凹织构形成于材料表面，所述材料表面用于与被加工表面对磨，所述表面微凹织构中的单个织构的内壁与所述材料表面之间的夹角为壁面夹角；所述表面微凹织构为I型织构、II型织构或III型织构，其中，
所述I型织构中的单个织构的所述壁面夹角分别为相对两侧的钝角和锐角，所述I型织构中的所有单个织构的钝角位于相同的一侧，所述I型织构中的所有单个织构的锐角位于相同的另一侧；
所述II型织构中的单个织构的所述壁面夹角全为钝角；
所述III型织构中的单个织构的所述壁面夹角全为锐角。
根据本发明实施例的带倾角的表面微凹织构，当表面微凹织构为I型织构时，当对磨表面相对形成有I型织构的材料表面沿锐角侧向钝角侧运动时，相较于现有技术中壁面夹角为90°(即现有技术的织构中的单个织构的内壁全部垂直于材料表面的情况)的织构而言，有利于降低表面织构内壁对被加工表面的犁削作用，从而降低表面微凹织构1引起被加工表面的磨损加剧情况，可以提高被加工表面的使用寿命，降低成本；此外，合理布置I型微凹织构的方向可以使表面储油能力得到改善。当表面微凹织构为II型织构时，当被加工表面从任何方向与形成有II型织构材料表面对磨时，相较于现有技术中壁面夹角为90°(即现有技术的织构中的单个织构的内壁全部垂直于材料表面的情况)的织构而言，I型织构均可以减小内壁的犁削作用。当表面微凹织构为Ⅲ型织构时，形成有III型织构的材料表面储油能力增加，可以减小润滑油的流失，且对摩擦表面的空间位置和运动方向无要求。
根据本发明的一个实施例，所述表面微凹织构的面密度为5％～50％。
根据本发明的一个实施例，所述表面微凹织构的单个织构的形状为凹坑或凹槽。
根据本发明的一个实施例，所述I型织构的单个织构的钝角的角度范围为100°～170°，所述I型织构的单个织构的锐角的角度范围为10°～80°；所述II织构中的单个织构的钝角的角度范围为100°～170°；所述III织构中的单个织构的锐角的角度范围为10°～80°。
根据本发明的一个实施例，所述表面微凹织构的单个织构的尺寸为微米级，所述表面微凹织构的两两相邻的单个织构之间的间距为微米级或毫米级。
根据本发明的一些实施例，所述表面微凹织构通过倾斜加工平台并利用毫秒激光对待加工材料表面进行加工而得到。
根据本发明进一步的实施例，所述I型织构采用如下步骤得到，具体为：
步骤一，将待加工材料表面进行抛光、超声波清洗、干燥；
步骤二，确定所述I型织构的单个织构的形状和尺寸、壁面夹角和阵列方式，通过所述倾斜加工平台，利用毫秒激光加工后得到所述I型织构；
步骤三，对加工后的材料表面进行抛光、超声波清洗、干燥。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例的一种I型织构形成于材料表面上的立体示意图。
图2为图1中A处的断面示意图。
图3为本发明实施例的另一种I型织构形成于材料表面上的立体示意图。
图4为本发明实施例的再一种I型织构形成于材料表面上的立体示意图。
图5为本发明实施例的一种II型织构形成于材料表面上的立体示意图。
图6为图5中B处的断面示意图。
图7为本发明实施例的一种III型织构形成于材料表面上的立体示意图。
图8为图7中C处的断面示意图。
附图标记：
表面微凹织构1单个织构11
材料表面2
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合图1-图8来描述本发明实施例的带倾角的表面微凹织构1。
如图1-图8所示，根据本发明实施例的带倾角的表面微凹织构1，该表面微凹织构1形成于材料表面2，材料表面2用于与被加工表面对磨以形成摩擦副表面，表面微凹织构1中的单个织构11的内壁与材料表面2之间的夹角为壁面夹角；表面微凹织构1为I型织构(如图1-图4所示)、II型织构(如图5-6所示)或III型织构(如图7-8所示)；其中，I型织构中的单个织构11的壁面夹角分别为相对两侧的钝角(例如，参考如图2中α角)和锐角(参考图2中β角)，I型织构中的所有单个织构11的钝角位于相同的一侧，I型织构中的所有单个织构11的锐角位于相同的另一侧；II型织构中的单个织构11的壁面夹角全为钝角；III型织构中的单个织构11的壁面夹角全为锐角。
根据本发明实施例的带倾角的表面微凹织构1，当表面微凹织构1为I型织构时，当对磨表面相对形成有I型织构的材料表面2沿锐角侧向钝角侧运动时，相较于现有技术中壁面夹角为90°(即现有技术的织构中的单个织构的内壁全部垂直于材料表面的情况)的织构而言，有利于降低表面织构内壁对被加工表面的犁削作用，从而降低表面微凹织构1引起被加工表面的磨损加剧情况，可以提高被加工表面的使用寿命，降低成本；此外，合理布置I型微凹织构的方向可以使表面储油能力得到改善。当表面微凹织构1为II型织构时，当被加工表面从任何方向与形成有II型织构材料表面2对磨时，相较于现有技术中壁面夹角为90°(即现有技术的织构中的单个织构的内壁全部垂直于材料表面的情况)的织构而言，II型织构均可以减小内壁的犁削作用。当表面微凹织构1为Ⅲ型织构时，形成有III型织构的材料表面2储油能力增加，可以减小润滑油的流失，且对摩擦表面的空间位置和运动方向无要求。
根据本发明的一个实施例，表面微凹织构1的面密度为5％～50％。由此而，可以保证优越的表面摩擦性能。
根据本发明的一个实施例，表面微凹织构1的单个织构11的形状为凹坑或凹槽等任意形状，可以根据实际需求进行选择。
根据本发明的一个实施例，I型织构的单个织构11的钝角的角度范围为100°～170°，I型织构的单个织构11的锐角的角度范围为10°～80°，由此，可以降低表面织构内壁对被加工表面的犁削作用，同时便于加工。此外，合理布置I型微凹织构的方向可以使表面储油能力得到改善。II织构中的单个织构11的钝角的角度范围为100°～170°，由此，可以降低表面织构内壁对被加工表面的犁削作用，同时便于加工。III织构中的单个织构11的锐角的角度范围为10°～80°，由此，可以形成有III型织构的材料表面2储油能力增加，可以减小润滑油的流失，且对摩擦表面的空间位置和运动方向无要求，同时便于加工。
根据本发明的一个实施例，表面微凹织构1的单个织构11的尺寸为微米级，表面微凹织构1的两两相邻的单个织构11之间的间距为微米级或毫米级。由此，摩擦表面的摩擦性能好(例如摩擦系数小，摩擦力小)，材料磨损小。
根据本发明的一些实施例，表面微凹织构1通过倾斜加工平台并利用毫秒激光对待加工材料表面2进行加工而得到。由此，可以精准地加工出表面微凹织构1，满足表面微凹织构1的设计要求。
根据本发明进一步的实施例，I型织构采用如下步骤得到，具体为：
步骤一，将待加工材料表面2进行抛光、超声波清洗、干燥，由此可以使得待加工材料表面平整。
步骤二，确定I型织构的单个织构11的形状和尺寸、壁面夹角和阵列方式，通过倾斜加工平台，利用毫秒激光加工后得到I型织构。因倾斜加工平台具有倾角，而激光焦距不变，因此I型织构的加工需要逐步进行，先同时加工在同一高度或同一高度范围内的织构，再改变激光发射位置，逐步加工。
步骤三，对加工后的材料表面进行抛光、超声波清洗、干燥。由此，可以使得最终形成有I型织构的材料表面1平整。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
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