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表面织构技术可以有效改善机械零部件的摩擦学性能,延长其使用寿命。DLC薄膜以其优良的物理化学性质被广泛用作耐磨保护涂层,然而较高的残余内应力和较弱的膜基结合强度成为制约其工业应用的关键技术难题。本文开发了一种新型高效表面织构技术,并将表面织构与DLC薄膜耦合来改善膜基结合强度,同时降低残余内应力,以拓展DLC薄膜工业应用。 本研究中利用研磨抛光方法开发了一种新型高效表面织构加工技术,其主要特点为微孔成型过程与抛光过程同步进行,可以在工件的表面快速形成微纳米孔织构形貌。通过对织构微孔成型机理的研究表明:工件表面所形成的微孔形貌是由于研磨颗粒在表面预制微缺陷处做涡旋运动,同时工件的自转使研磨颗粒在360°方向上依次磨削微缺陷壁面而形成的。 研磨抛光表面微孔织构的影响因素分析表明:表面微孔面积密度随研磨时间增长而逐渐下降并最终趋于稳定;微孔孔径及表面粗糙度随着研磨速度的增加而增加;随着研磨液质量分数增加,微孔面积密度近似呈线性增加关系。当研磨速度低于2.09m/s、研磨液质量分数低于9%时易于获得10μm以下孔径的分布表面。对表面微孔织构影响因素的研究有助于获得所需不同织构参数表面。 表面织构干摩擦滑动过程的有限元分析表明:表面织构对滑动摩擦过程存在着两方面的影响,有利的一面是微孔的存在可以改善接触界面应力的分布,特别是上试样接触表面的每一点依次经历高低应力的交替变换,从而有效避免上试样接触表面长时间应力集中现象,达到改善干摩擦性能的目的;而不利的一面则是由于接触面积的减小,造成等效应力的增加。 表面织构与 DLC薄膜耦合的摩擦学性能评价表明:织构化表面 DLC薄膜的破坏寿命达到180万循环,而未织构表面DLC薄膜的寿命仅为120万循环。通过对膜基结合强度的测试,提出了“界面铆合”理论—研磨抛光表面织构可以在工件表面形成微纳米形貌,在薄膜沉积过程对纳米微孔进行填充,在界面形成物理铆合结构以提高 DLC薄膜膜基结合强度,而工件表面的微米孔则对DLC薄膜进行非连续分割,来降低DLC薄膜残余内应力。