仿生織構對65Mn 鋼摩擦學性能的影響

張桔幫，王海軍，陳文剛

（西南林業大學，云南 昆明 650224）

0 引 言

65Mn 鋼具有硬度高、韌性好、耐磨性好及淬透性高等優點，被廣泛用于農業機械、汽車船舶、鐵路建設、工業機械等領域關鍵部件的制造[1]，例如深松機具、犁鏵、旋耕刀、彈簧及磨床主軸等。這些部件通常要與水、土壤和巖石等接觸，工況惡劣，磨損嚴重[2]。所以提高65Mn 鋼部件表面耐磨性、延長使用壽命尤為重要。

國內外研究發現，自然界中生物體表往往具有潤滑、自清潔、減摩耐磨等優秀特性，這些特性與其體表的非光滑形態密切相關[3]，例如：蚯蚓、鯊魚、穿山甲等[4]。而模擬生物體表微結構，在材料表面加工仿生織構亦能獲得減黏、減阻、減摩、耐磨甚至是增摩、防污等多種功能，能有效提升材料表面摩擦學性能[5]。主要減摩機制為：微織構能捕獲磨屑、儲存潤滑劑、減小摩擦面積及產生微流體動壓潤滑效應等[6-7]。

基于仿生學原理，本研究模擬穿山甲鱗片表面結構設計并制備多種仿生織構表面。通過摩擦磨損實驗，探究干摩擦和水潤滑狀態下仿生織構對65Mn 鋼表面摩擦學性能的影響。為仿生織構在工業、農業領域的運用提供依據，降低磨損消耗，節約自然資源。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

本研究以65Mn 鋼為實驗基材。采用激光把65Mn 鋼板切割成40 mm×40 mm×8 mm 的規格，后使用PG-1S 金相式樣磨拋機對試樣進行磨拋處理，去除表面缺陷及氧化層。打磨過程中，分別采用38.0、19.0、12.5、10.0、6.5、5.5、5.0 μm 的SiC 砂紙打磨至出現金屬光澤，后采用金相拋光絨布及W0.5 的金剛石拋光膏將試樣拋光至鏡面，最后用超聲波清洗儀洗凈后油封待用。……