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仿生结构化交错滑移表面的摩擦学性能研究

仿生摩擦,交错滑移

润滑是机械零部件表面实现减摩耐磨的主要有效方式。表/界面润滑状态调控是近年来改善润滑、降低摩擦磨损的新手段。其中，基于界面滑移理论，对普通亲液材料（如碳素钢、合金钢等）表面进行局部润湿改性，使之形成疏液滑移区/亲液非滑移区不连续分布的交错滑移表面，能够产生流体动压效应，提升润滑液膜承载力，明显改善润滑并降低摩擦。然而，经润湿改性的疏液区机械稳定性不足，决定疏液性能的微纳粗糙结构和低表面能化学成分容易被机械摩擦去除，进而影响交错滑移表面整体润滑状态，不利于减摩耐磨功能的实现。本研究在H13钢表面设计制备仿生微凹槽结构，通过表面涂层技术在微凹结构中修饰超疏水涂层，获得具有仿生微结构特征的交错滑移表面，利用仿生微凹槽结构保护超疏水滑移区，从而获得稳定的界面润滑。摩擦学测试结果表明，在1.24Gpa接触应力下，仿生结构化交错滑移表面摩擦系数较H13钢平面有所降低，磨损量明显减少（～53%）。另外，所制备的仿生微凹槽结构本身并未表现出减摩耐磨性能。以上表明，在仿生微结构和交错滑移性的协同作用下，仿生结构化交错滑移表面能够获得优异的减摩耐磨性能，这为机械零部件表面减摩耐磨设计提供了新的理论依据。