920 / 2022-07-09 10:14:16

表面粗糙度对典型固体润滑物相的微观摩擦学性能影响研究

摘 要: 近年来，微机电器件在电子设备、汽车、航空航天等领域应用广泛，其近微观的装配尺度及一体封装等技术特点导致难以对内部因磨损失效的微执行器进行维护保养。而在微观尺度下，由于接触尺寸和加载载荷的减小，实际接触将从宏观尺度下的数百万个粗糙峰减小到仅有数个，表面粗糙度和实际接触形貌在微观摩擦过程中进而发挥了更大的影响作用。为进一步探究基底粗糙度对典型固体润滑剂摩擦寿命的影响规律，本研究工作通过电泳沉积方法在不同粗糙度的304基底表面沉积一层MoS₂薄膜，使用自研制的往复式微观摩擦试验机，在近微观和宏观尺度下进行摩擦考核试验，研究MoS₂薄膜在不同粗糙度基底上的摩擦学性能。使用SEM、EDS、三维轮廓仪等仪器对磨痕进行形貌和成分分析，并通过ANSYS有限元仿真软件，模拟摩擦试验静态接触与动态磨损过程，从摩擦试验和仿真模拟角度探讨不同表面粗糙度基底的力学性能对MoS₂薄膜摩擦学性能的影响规律。研究结果表明：相比较而言，表面粗糙度为Ra 0.6μm的基底显示出较为优异的摩擦学性能，提高基底表面粗糙度不但可以通过减小实际接触面积降低摩擦减少磨损，而且可以提高粗糙峰的切向刚度，进而增强对固体润滑剂的保持能力延长润滑寿命。本文研究为延长微执行器内部固体润滑薄膜的工作寿命提供了理论指导。