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基于铜合金表面仿生及摩擦学性能研究
摘要
以激光微加工技术为实验手段，在铜合金表面制备出微型凸起结构，在光滑表面和结构表面涂覆一层蒸馏水制备出的湿润环境。探讨比较有仿生表面的试样和没有仿生表面试样的摩擦磨损性能的不同;探讨比较了在相同的环境下改后试样的粗糙度对摩擦磨损性能的影响；探讨比较了在一模一样的粗糙度下试样处于干燥和湿润良种不同环境下的摩擦磨损性能的不同。通过研究摩擦磨损试验机的摩擦磨损实验现象：在铜合金表面有仿生特殊结构对比无仿生表面特殊结构的具有更低的摩擦系数及拥有更高的使用寿命;不同粗糙度同一环境下，我们分析得出一个结果并不是在越光滑的仿生特殊机构表面的摩擦系数越低。有一个粗糙度的平衡值介于粗糙和光滑之间。在这个粗糙度表面建立的仿生特殊结构表面摩擦系数最低即拥有更高的使用寿命；在同一粗糙度下，干燥环境下的粗糙度系数始终高于湿润环境下的摩擦系数，并且不受有无仿生特殊结构表面的影响。所以湿润环境比干燥环境在同一粗糙度下拥有更高的使用寿命。
关键词：铜合金 仿生表面 摩擦磨损
1、前言：仿生学(Bionics)[1~2]是模仿生物的特殊本领的一门科学。1960年由美国的J.E Steele首先提出。仿生学(Bionics)顾名思义就是一门模仿生物的科学,基于对于自然界中生物的某种优异特性的研究,并将它们通过分析和模拟构建于技术或人造科学系统的学科。因此仿生学也称为仿生技术,是一门生命与工程科学相耦合为人类社会提供更为高效、灵活的综合性学科。仿生学具有跨学科综合性、复杂多样性、智能创新性等特点。仿生学者不仅将仿生学列入生命科学的范畴又将它列入生物物理或仿生工程学的范畴内。仿生学研究范围广、内容新,近些年来,随着现代生物科学技术的不断发展与壮大,仿生学结合基础学科在众多领域中都取得了很大的成绩,如电子仿生、建筑仿生、医疗仿生、信息仿生、机械仿生等。
摩擦学是一门研究相对运动或有相对运动趋势的相互作用表面之间产生相互作用的理论基础和实践的学科，同时还是一门涉及到物理、化学、数学、材料科学、力学、机械工程、化学等学科的学科。
而在生物中的摩擦学问题，能把二者完美的联系起来，即称为仿生摩擦学。近年来，人们通过观察经过千百万年间，大自然优胜劣汰的自然选择胜出的动植物们，基于它们进化的优异结构和形貌特征，做了类比它们表面形貌和结构特征的实验研究。研究结果表明，类比这些动植物表面形貌和结构特征，能够有效地达到耐磨、减阻等效果。
- 国内外研究状况
王昌亮[13]为了提高工件表面耐磨性，采用激光加工设备对试件进行加工，在工件表面加工出仿生非光滑表面，以交界形面为研究对象，以条纹形态为仿生非光滑表面单元形态，设计研究了仿生非光滑表面的耐磨性。在加工完成后，对光滑交界形面试件和非光滑交界形面试件分别进行摩擦磨损实验。研究结果表明：在所研究的条纹单元尺寸和分布范围内，非光滑交界形面试件比光滑交界形面试件耐磨性好，并且在条纹夹角相同时，条纹的宽度越大，试件表面的耐磨性就越好；在条纹宽度相同时，条纹的夹角越小，试件表面的耐磨性就越好。并且分析得到了交界面夹角、条纹夹角、和条纹宽度是依次为影响条纹形态仿生非光滑界面磨损量的主要因素。
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