王澤霄，陳文剛，張祿中，郝星星，尹紅澤，郭文軒，井培堯，張桔幫

幾何特征及工況條件對(duì)表面織構(gòu)摩擦特性影響研究

王澤霄1,2，陳文剛1,2，張祿中1,2，郝星星1,2，尹紅澤1,2，郭文軒1,2，井培堯1,2，張桔幫1,2

（1.西南林業(yè)大學(xué) 機(jī)械與交通學(xué)院，昆明 650224；2.云南省高校高原山區(qū)機(jī)動(dòng)車環(huán)保與安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，昆明 650224）

表面織構(gòu)技術(shù)是一種加工方便且不破壞材料本質(zhì)的表面改性方法，在材料表面加工出具有一定形狀和規(guī)則的微觀結(jié)構(gòu)以改善材料的表面摩擦性能。但不同工況條件下影響摩擦性能的可變因素太多，以至于無法得到各設(shè)計(jì)參數(shù)的最優(yōu)通用方案。從提出附加流體動(dòng)壓效應(yīng)到表面織構(gòu)形貌、尺寸、深度、面積占有率、坑底形狀、取向和分布形式等方面，回顧了國內(nèi)外表面織構(gòu)減摩作用的研究發(fā)展歷程。概述了凹陷織構(gòu)中連續(xù)織構(gòu)和離散織構(gòu)的表面形貌對(duì)材料表面摩擦特性的影響，并在離散織構(gòu)中重點(diǎn)分析了三角形、矩形、菱形、六邊形、橢圓形、圓柱形、球形、水滴形、圓環(huán)形、雪花形和葫蘆形等織構(gòu)形貌對(duì)材料表面摩擦特性的影響；論述了各幾何參數(shù)中織構(gòu)直徑和面積占有率對(duì)摩擦因數(shù)的影響比織構(gòu)深度大；闡述了不同分布形式的表面織構(gòu)對(duì)摩擦特性的影響；在干摩擦、邊界潤滑、流體潤滑和混合潤滑等4種狀態(tài)下，總結(jié)了不同工況條件下表面織構(gòu)的減摩機(jī)理，并對(duì)表面織構(gòu)存在的問題提出建議，以期為表面織構(gòu)的研究者提供參考。

表面織構(gòu)；織構(gòu)形貌；幾何參數(shù)；分布形式；減摩機(jī)理

全球在工業(yè)領(lǐng)域約有1/3～1/2的能量消耗是由摩擦磨損引起的[1]，摩擦磨損極大地消耗了能源與材料，對(duì)經(jīng)濟(jì)造成了較為嚴(yán)重的損失。因此，減少摩擦磨損受到各國及廣大科研人員越來越多的重視。早期為了減小摩擦磨損，人們都會(huì)將摩擦副表面加工得非常光滑，但后來受自然現(xiàn)象的啟發(fā)，研究者在摩擦副表面加工出一些具有一定形狀和規(guī)則的織構(gòu)，發(fā)現(xiàn)可以改善材料表面的摩擦學(xué)性能[2]，隨后這種加工方便且不破壞材料本質(zhì)的技術(shù)被稱為表面織構(gòu)技術(shù)。目前，表面織構(gòu)加工技術(shù)主要分為2類，第1類為接觸式加工（表面噴丸處理加工、微切削加工）；第2類為非接觸式加工（電火花加工、電子束加工、光刻技術(shù)加工、激光技術(shù)加工）[3]。加工技術(shù)的進(jìn)步可支撐研究者對(duì)織構(gòu)形狀進(jìn)行大膽的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。為了能夠更好地利用表面織構(gòu)技術(shù)，大量研究者對(duì)表面織構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使其達(dá)到最佳的摩擦性能，其中，織構(gòu)形貌的無窮性和幾何參數(shù)的變化性使表面織構(gòu)具有廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景，故已成為重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。但在不同工況條件下，影響摩擦性能的可變因素太多，以至于無法得到最優(yōu)的通用方案。

目前，表面織構(gòu)技術(shù)尚處于研究階段，主要應(yīng)用于缸套–活塞環(huán)[4]、機(jī)械密封環(huán)[5]、滑動(dòng)軸承[6]、切削刀具[7]等傳統(tǒng)制造領(lǐng)域。G.Ryk等[4]測試了表面織構(gòu)技術(shù)在實(shí)際活塞環(huán)上的應(yīng)用效果，結(jié)果表明，與無織構(gòu)活塞環(huán)相比，在不同曲軸角速度下，活塞環(huán)和缸套的平均摩擦力減少了20%～30%；以色列石化公司對(duì)液態(tài)烴泵中的密封環(huán)進(jìn)行表面織構(gòu)化處理，安裝織構(gòu)化密封環(huán)的液態(tài)烴泵在38個(gè)月內(nèi)運(yùn)行超過10 000 h后織構(gòu)化密封環(huán)因故障而更換，而相同時(shí)間下，安裝標(biāo)準(zhǔn)無織構(gòu)化密封環(huán)的液態(tài)烴泵已經(jīng)更換了4次。表面織構(gòu)化處理使密封環(huán)壽命提高了3倍[5]；日本大豐工業(yè)株式會(huì)社生產(chǎn)出軸瓦內(nèi)由環(huán)形溝紋組成的波紋軸瓦，與普通平瓦相比，波紋軸瓦的疲勞強(qiáng)度可提高1.3～1.5倍，已應(yīng)用于天津豐田、廣汽豐田、長安鈴木等公司配套的產(chǎn)品中[1]。為了給相關(guān)研究者提供參考，對(duì)表面織構(gòu)減摩作用研究發(fā)展歷程，表面織構(gòu)形貌、幾何參數(shù)和分布形式對(duì)其摩擦性能的影響，以及不同工況條件下表面織構(gòu)的減磨機(jī)理等方面的研究進(jìn)展進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)和歸納。

1 表面織構(gòu)減摩作用研究發(fā)展歷程

公元前2 500年，古埃及人在搬運(yùn)石像時(shí)發(fā)現(xiàn)石像在雨后潮濕的沙路上容易滑動(dòng)，于是他們在路上潑水來減小摩擦[8]。從此人類普遍認(rèn)為越光滑的表面摩擦力越小。

1940年Martz等[9]指出，在1940年之前已開始生產(chǎn)內(nèi)置珩磨氣缸孔的發(fā)動(dòng)機(jī)和其他珩摩軸承表面以達(dá)到降低摩擦磨損的目的，并發(fā)現(xiàn)與粗糙表面相比，光滑表面更容易發(fā)生由振動(dòng)引起的“微動(dòng)腐蝕”。由此研究者將目光聚集到粗糙度較大的表面，使表面織構(gòu)化進(jìn)入萌芽階段；1966年，Hamilton等[10]利用蝕刻技術(shù)在定子表面制造微凸起，刻意增加其粗糙度，發(fā)現(xiàn)與光滑表面相比承載能力增加，基于此提出了一種附加流體動(dòng)壓效應(yīng)，并發(fā)現(xiàn)流體動(dòng)壓效應(yīng)的產(chǎn)生和粗糙度凹坑有關(guān)。此效應(yīng)一直沿用至今，并成為表面織構(gòu)化重要的理論基礎(chǔ)；1978年Walsh等[11]發(fā)現(xiàn)，與光滑表面相比，帶有微溝槽織構(gòu)的表面摩擦阻力可減少10%，打破了表面越光滑阻力越小的限制；1996年Etsion等[12]認(rèn)為，密封面上的凹陷表面織構(gòu)可能優(yōu)于凸起表面織構(gòu)，因而在密封圈表面上制作半球形凹坑，并研究了凹坑大小和凹坑面積占有率對(duì)密封工作性能的影響，發(fā)現(xiàn)選擇合適的凹坑大小和凹坑面積占有率可以獲得由空化引起的流體動(dòng)力，以提高承載能力。該研究使得大量研究者開始研究織構(gòu)幾何參數(shù)對(duì)流體動(dòng)力效應(yīng)的影響；1999年，Etsion等[13]結(jié)合雷諾方程研究了激光織構(gòu)化機(jī)械密封性，指出與傳統(tǒng)無織構(gòu)的密封圈相比，有織構(gòu)的密封圈可以大大提升密封性能，并得出織構(gòu)化的作用很大程度上取決于兩試件相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度、潤滑油黏度和兩摩擦表面引起的流體動(dòng)力效應(yīng)。進(jìn)一步完善了Hamilton等[10]提出的附加流體動(dòng)力效應(yīng)；隨后由于國內(nèi)外加工技術(shù)的飛速發(fā)展和大量學(xué)者受自然現(xiàn)象的啟發(fā)，將表面織構(gòu)化帶入蓬勃發(fā)展階段。2004年，韓志武等[14]采用激光織構(gòu)技術(shù)在球墨鑄鐵表面制造了4種仿生非光滑表面織構(gòu)，發(fā)現(xiàn)各種類型的非光滑表面織構(gòu)均有利于顯著提高零部件表面的抗磨性能。表面織構(gòu)的形狀開始多樣化；2007年，劉紅衫等[15]對(duì)平板軸承和階梯軸承的織構(gòu)分布模式進(jìn)行優(yōu)化流體潤滑數(shù)值計(jì)算，發(fā)現(xiàn)并非所有分布模式的表面織構(gòu)都能提高油膜的承載能力，均勻分布的表面織構(gòu)反而降低了油膜的承載能力，只有符合一定分布規(guī)律的表面織構(gòu)才能增強(qiáng)油膜的承載能力，而且這些規(guī)律也是憑工況而定。至此，分布模式也成為研究表面織構(gòu)的重要參數(shù)；2009年，劉一靜等[4]采用電解加工技術(shù)在鋁合金表面制作了5種不同深度的表面織構(gòu)，發(fā)現(xiàn)表面織構(gòu)的深度參數(shù)對(duì)表面摩擦性能有重要影響，相比于無織構(gòu)表面，最優(yōu)深度參數(shù)的織構(gòu)表面摩擦因數(shù)可降低37.8%。該研究發(fā)現(xiàn)了表面織構(gòu)深度在5～15 μm時(shí)，可有效降低表面摩擦因數(shù)，對(duì)后續(xù)研究者有很大的參考價(jià)值；2010年，馬晨波等[16]打破了以往只對(duì)一個(gè)試件進(jìn)行織構(gòu)化，而對(duì)上、下試件都進(jìn)行織構(gòu)化，發(fā)現(xiàn)與無織構(gòu)相比，在任何潤滑條件下，雙表面織構(gòu)均不能起到減摩的效果。該研究使后續(xù)研究者排除了利用雙表面織構(gòu)進(jìn)行減摩的研究，將研究重心放在單表面織構(gòu)上；2014年，Hsu等[17]利用光刻技術(shù)制作了不同取向的三角形和橢圓形織構(gòu)，發(fā)現(xiàn)三角形織構(gòu)與橢圓形織構(gòu)均有取向效應(yīng)，橢圓形織構(gòu)中短軸方向織構(gòu)（滑動(dòng)方向平行與橢圓短軸）減摩效果最好。三角形織構(gòu)當(dāng)滑動(dòng)方向朝向三角形底部時(shí)，摩擦力減小。當(dāng)滑動(dòng)方向朝向三角形的頂點(diǎn)時(shí)，摩擦力會(huì)增加。隨后又利用機(jī)械壓印技術(shù)制作了織構(gòu)坑底有斜坡的楔形織構(gòu)，發(fā)現(xiàn)與無織構(gòu)相比楔形織構(gòu)的摩擦力降低了30%～40%。

這種楔形織構(gòu)的設(shè)計(jì)雖然不經(jīng)濟(jì)，但它確實(shí)說明了楔形的形成可以產(chǎn)生人為升力，使摩擦副潤滑提前進(jìn)入流體動(dòng)力潤滑，從而減小摩擦副表面的摩擦力。該研究使織構(gòu)取向和坑底形狀進(jìn)入表面織構(gòu)研究者的眼球；2020年，方勛等[18]研究了微凸體織構(gòu)在流體潤滑條件下誘導(dǎo)空化效應(yīng)對(duì)摩擦性能的影響，發(fā)現(xiàn)適當(dāng)幾何參數(shù)的微凸體使?jié)櫥瑓^(qū)域的空化區(qū)域面積增加，誘導(dǎo)空化現(xiàn)象使從原來的流體潤滑轉(zhuǎn)變?yōu)榫植繗怏w潤滑，最高可降低摩擦因數(shù)98.7 %。該研究推動(dòng)了表面織構(gòu)理論效應(yīng)從流體動(dòng)力效應(yīng)進(jìn)入空化效應(yīng)。

從上述附加流體動(dòng)壓效應(yīng)理論的提出及表面織構(gòu)形狀、尺寸、深度、面積占有率、坑底形狀、取向和分布方式等對(duì)摩擦特性影響的相關(guān)研究中可以看出，尋找能夠提供最優(yōu)摩擦學(xué)性能的織構(gòu)模型是自織構(gòu)概念提出以來摩擦學(xué)研究者一直努力的目標(biāo)。

2 表面織構(gòu)形貌、幾何參數(shù)和分布形式對(duì)摩擦性能影響

織構(gòu)形貌的無窮性和幾何參數(shù)的變化性使表面織構(gòu)具有廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景[19]。目前，大量研究者試圖借助不同的方法來優(yōu)化表面織構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)，從而進(jìn)一步改善表面摩擦性能。其中，織構(gòu)形貌、幾何參數(shù)及分布形式等成為重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。

2.1 織構(gòu)形貌影響

織構(gòu)形貌的設(shè)計(jì)大多是模仿和優(yōu)化仿生學(xué)結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到實(shí)際應(yīng)用中提高摩擦性能的目的[20]。總體來說，織構(gòu)形貌可分為凸起和凹陷織構(gòu)，一般凸起織構(gòu)作用是滿足增摩和疏水等特殊要求，而凹陷織構(gòu)一般用來減摩減阻[21]。一般采用凹陷織構(gòu)來提高摩擦性能，對(duì)凹陷織構(gòu)的研究主要集中在2種類型上，一種是連續(xù)織構(gòu)，包括各型溝槽和網(wǎng)格；另外一種是離散織構(gòu)，包括各種形貌（三角形、矩形、菱形、六邊形、橢圓形、圓柱形、球形、水滴形等）的凹坑形織構(gòu)。截止目前的研究發(fā)現(xiàn)，就減小摩擦因數(shù)和增加表面的承載能力而言，離散凹坑織構(gòu)優(yōu)于連續(xù)溝槽織構(gòu)，而對(duì)于溝槽織構(gòu)，封閉溝槽比互穿溝槽具有更高的承載能力[22]。

2.1.1 連續(xù)織構(gòu)

連續(xù)織構(gòu)是一種高效的減阻手段，優(yōu)點(diǎn)在于加工方便，同時(shí)在吸納細(xì)小磨屑方面也優(yōu)于離散織構(gòu)。在良好的潤滑條件下，磨屑易于在連續(xù)織構(gòu)的溝槽中移動(dòng)，能有效避免大量磨屑填滿織構(gòu)使織構(gòu)失效[23]。戴慶文等[24]在硬質(zhì)合金密封環(huán)端面加工不同參數(shù)的直線型、V型溝槽表面織構(gòu)，研究其潤滑特性。結(jié)果表明，對(duì)于硬質(zhì)合金/碳石墨密封副，在泄漏方面V型槽織構(gòu)表面的泄漏率非常低；對(duì)于硬質(zhì)合金/碳化硅密封副，面積率為6%的直槽織構(gòu)表現(xiàn)出最佳的減摩效果，與光滑表面相比減摩率達(dá)到35%。這說明直槽對(duì)減摩效果好，V型槽對(duì)密封效果好。從結(jié)構(gòu)上看，V型溝槽表面織構(gòu)比直槽型表面織構(gòu)多一個(gè)拐點(diǎn)，這或許能阻礙密封介質(zhì)在槽內(nèi)的流動(dòng)。朱章楊等[25]認(rèn)為，滿足恰當(dāng)幾何參數(shù)條件的溝槽型表面織構(gòu)，可儲(chǔ)存滑動(dòng)過程中產(chǎn)生的細(xì)小磨粒，防止兩個(gè)摩擦表面之間出現(xiàn)劇烈碰撞，進(jìn)一步提高表面摩擦學(xué)性能。鹿重陽等[26]在YT15硬質(zhì)合金表面利用飛秒激光技術(shù)制作出具有單向收斂性的三角溝槽型表面織構(gòu)，發(fā)現(xiàn)具備合理面積占有率的三角溝槽型表面織構(gòu)，可有效增強(qiáng)YT15硬質(zhì)合金的表面摩擦性能。L Lu等[27]研究了凹坑、直溝槽、網(wǎng)格溝槽等織構(gòu)對(duì)鉻合金表面摩擦磨損行為的影響，研究表明，與光滑表面相比，網(wǎng)格溝槽織構(gòu)的減摩性能最優(yōu)，可顯著降低磨損量達(dá)57%，原因是網(wǎng)格溝槽織構(gòu)可以捕獲更多的磨屑，起到有效的磨屑儲(chǔ)存作用。同時(shí)，網(wǎng)格化使應(yīng)力集中區(qū)域變小，有利于減少表面磨損。此外，在激光加工過程中，網(wǎng)格溝槽的襯底可以吸收更多的能量，從而導(dǎo)致顯微硬度的提高。Zhang等[28]采用激光加工技術(shù)在硬質(zhì)合金表面制備直線溝槽、正弦線溝槽、菱形線溝槽等3種織構(gòu)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，帶有直線溝槽織構(gòu)表面的摩擦因數(shù)是光滑表面摩擦因數(shù)的34%，主要是由于溝槽織構(gòu)可以儲(chǔ)存磨屑、有效散熱、減少黏著磨損的發(fā)生。綜上可知，連續(xù)織構(gòu)利用易吸納和移出磨屑的優(yōu)點(diǎn)提高了摩擦副的摩擦特性。

2.1.2 離散織構(gòu)

凹坑形織構(gòu)是最常見的離散織構(gòu)形貌種類，利用合理分布的凹坑織構(gòu)能夠捕獲摩擦過程中產(chǎn)生的磨屑，降低實(shí)際接觸面積，延長潤滑時(shí)間，從而改善材料的表面摩擦性能。目前，凹坑織構(gòu)在摩擦磨損領(lǐng)域的出色性能已引起了廣大科研人員的重視。凹坑織構(gòu)的形貌種類最多，故對(duì)其進(jìn)行的研究也最為詳盡[20]。鐘林等[29]利用納秒激光雕刻技術(shù)在牙輪鉆頭滑動(dòng)軸承軸頸表面制備了圓形、矩形、三角形及復(fù)合織構(gòu)，研究了織構(gòu)形狀對(duì)鉆頭滑動(dòng)軸承表面摩擦因數(shù)的影響，結(jié)果表明，除復(fù)合織構(gòu)增大了摩擦因數(shù)及磨損量外，其他形狀均表現(xiàn)出較好的減摩效果。其中，圓形和矩形織構(gòu)的減摩和耐磨性能最優(yōu)，其次為三角形織構(gòu)。Joshi等[30]利用激光加工技術(shù)在不銹鋼表面制備六邊形、三角形和圓角處理過的矩形織構(gòu)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與未織構(gòu)的試樣相比，六邊形和三角形的試樣摩擦性能下降，而矩形試樣的摩擦性能提高了20 %左右，主要原因是在滑動(dòng)過程中，雖然凹坑織構(gòu)可以捕獲碎屑，有助于減小摩擦因數(shù)，但六邊形和三角形的接觸區(qū)域存在尖銳邊緣，導(dǎo)致應(yīng)力分布加劇，從而導(dǎo)致磨損率增加，而經(jīng)過倒圓角的矩形織構(gòu)可避免這種邊緣效應(yīng)。侯碩等[31]認(rèn)為，合理長寬比、深度和傾斜角的橢圓織構(gòu)可以有效降低摩擦面的磨損，具有良好的減磨效果。周宇坤等[32]在機(jī)械密封環(huán)外周制備了圓形、橢圓形、矩形和等邊三角形織構(gòu)，發(fā)現(xiàn)等邊三角形的換熱能力最好，矩形織構(gòu)效果最差，圓形和橢圓形居中。謝永等[33]采用激光加工技術(shù)在304鋼表面制備三角形微織構(gòu)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與無織構(gòu)化表面相比，三角織構(gòu)的平均摩擦因數(shù)有顯著降低，最大降幅達(dá)14.89%。Galda等[34]采用壓印技術(shù)在試樣表面制備短滴形、長滴形和球形凹坑織構(gòu)（見圖1），研究發(fā)現(xiàn)合理幾何參數(shù)的球形和長滴形凹坑在減小摩擦因數(shù)方面優(yōu)于短滴形凹坑。程香平等[35]認(rèn)為，具有合適孔型和孔深的菱形孔織構(gòu)可提高摩擦副的潤滑性能，從而有效降低摩擦因數(shù)。王洪濤等[23]利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)對(duì)圓環(huán)狀凹坑織構(gòu)在往復(fù)運(yùn)動(dòng)下的摩擦性能進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在面積占有率不變時(shí)，與圓柱狀織構(gòu)表面相比，圓環(huán)狀織構(gòu)的摩擦因數(shù)更小，主要原因是與圓柱狀織構(gòu)相比，圓環(huán)狀織構(gòu)可吸納更多的細(xì)小磨屑。汪久根等[36]在高鐵車廂表面制備Koch雪花表面織構(gòu)，發(fā)現(xiàn)在凹坑內(nèi)部產(chǎn)生二次渦，可以進(jìn)一步減少高鐵車廂表面與空氣的摩擦阻力。李俊玲等[37]利用皮秒激光加工技術(shù)，在不銹鋼表面制備出非規(guī)則對(duì)稱的葫蘆形和規(guī)則對(duì)稱性的圓凹坑織構(gòu)研究其摩擦性能，發(fā)現(xiàn)在滑動(dòng)過程中，與圓凹坑織構(gòu)和無織構(gòu)表面相比，正方向葫蘆形（潤滑液從大圓流向小圓）織構(gòu)表面的摩擦因數(shù)更低，而反方向葫蘆形織構(gòu)與圓凹坑織構(gòu)表面的摩擦因數(shù)近似相等，原因是正方向葫蘆形織構(gòu)在摩擦過程中形成了更大的收斂區(qū)間，從而形成更強(qiáng)的流體動(dòng)壓效應(yīng)。這里介紹的三角形、矩形、菱形、六邊形、橢圓形、圓柱形、球形、水滴形、圓環(huán)形、雪花形、葫蘆形凹坑等織構(gòu)均以單一形狀織構(gòu)的形式提高摩擦副的摩擦特性。

圖1 凹坑織構(gòu)的表面形貌和原始表面形貌示意[34]

隨著加工技術(shù)的發(fā)展，研究人員進(jìn)一步提出了復(fù)合形狀織構(gòu)。王國榮等[38]在摩擦副表面建模出有內(nèi)織構(gòu)和外織構(gòu)的復(fù)合織構(gòu)（見圖2），并經(jīng)過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，外織構(gòu)深度小于摩擦副間隙時(shí)，內(nèi)織構(gòu)為凹坑，對(duì)表面承載力的提升更大；外織構(gòu)深度大于摩擦副間隙時(shí)，則內(nèi)織構(gòu)為凸起，對(duì)表面承載力的提升更大。胡勇等[39]在柴油機(jī)缸套內(nèi)表面制備珩磨網(wǎng)紋、無網(wǎng)紋、微坑–槽紋復(fù)合等3種不同的表面織構(gòu)，研究其摩擦性能發(fā)現(xiàn)，在低載荷下與其他表面相比，微坑–槽紋復(fù)合織構(gòu)表面具有更低的摩擦因數(shù)，較好的抗磨損能力，原因是在活塞環(huán)運(yùn)動(dòng)止點(diǎn)附近，單一溝槽織構(gòu)中儲(chǔ)存的潤滑油容易沿著溝槽被擠出，儲(chǔ)油池作用減弱使?jié)櫥阅芴嵘^小。而微坑—槽紋復(fù)合織構(gòu)中微坑可儲(chǔ)存潤滑液，槽紋有利于輸送各個(gè)微坑中的潤滑液，從而充分利用滑動(dòng)過程中兩表面的擠壓和界面中流體動(dòng)力的協(xié)同作用提高潤滑性能。可見，復(fù)合織構(gòu)可利用多個(gè)單一織構(gòu)的協(xié)同作用提高摩擦副的摩擦特性。

圖2 內(nèi)織構(gòu)為凹坑或凸起的復(fù)合織構(gòu)示意圖[38]

2.2 幾何參數(shù)影響

織構(gòu)的尺寸大小對(duì)摩擦副的潤滑性能具有很大影響，尺寸過大過小都不利于發(fā)揮微織構(gòu)的優(yōu)勢，甚至?xí)斐上麡O影響[40]。織構(gòu)尺寸和面積占有率有著相互制約的關(guān)系。找到最優(yōu)幾何參數(shù)對(duì)于表面織構(gòu)的發(fā)展有很大影響。何霞等[41]在鈹青銅表面采用激光加工技術(shù)制備出不同直徑和深度的表面織構(gòu)，發(fā)現(xiàn)表面摩擦因數(shù)和磨損量隨著織構(gòu)直徑的增加呈先減小后增大趨勢，并發(fā)現(xiàn)織構(gòu)直徑為169 μm時(shí)磨損量最少，且摩擦因數(shù)減小23.9%。蔣雯等[42]認(rèn)為在一定情況下，織構(gòu)的直徑與面積占有率對(duì)表面摩擦特性的影響大于織構(gòu)深度。朱章楊等[25]發(fā)現(xiàn)，一定寬度的溝槽型織構(gòu)表面，可捕捉摩擦副表面磨屑，有效地改善表面摩擦性能。但是，過寬的溝槽型織構(gòu)會(huì)導(dǎo)致球–盤摩擦副之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的撞擊，使表面摩擦性能降低。王麗麗等[40]在模擬摩擦理論中發(fā)現(xiàn)，隨著織構(gòu)尺寸增加，摩擦副的摩擦因數(shù)呈先降低后增加趨勢，織構(gòu)的磨損量隨著織構(gòu)深度的增加，大致呈先增多后減少趨勢（見圖3），并在摩擦實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，織構(gòu)半徑為0.17 mm時(shí)，摩擦因數(shù)最低，與織構(gòu)半徑為0.1 mm時(shí)相比降低了7.1 %。蘇峰華等[43]在不銹鋼表面加工出不同深度的表面織構(gòu)，發(fā)現(xiàn)織構(gòu)深度為10 μm的不銹鋼表面摩擦因數(shù)最低，穩(wěn)定在0.10左右。在織構(gòu)深度達(dá)到15 μm后，摩擦副表面摩擦因數(shù)出現(xiàn)由大到小的突變。Wei等[44]在中碳鋼表面制作不同面積占有率的織構(gòu)，發(fā)現(xiàn)與光滑表面相比，面積占有率為5%的織構(gòu)可降低38%的摩擦因數(shù)和減少72%的磨損量。并發(fā)現(xiàn)在磨擦過程中，織構(gòu)產(chǎn)生的流體動(dòng)壓效應(yīng)是減小摩擦因數(shù)的關(guān)鍵。邱兆嶺等[45]發(fā)現(xiàn)面積占有率一定的情況下，織構(gòu)孔徑與間距越大摩擦因數(shù)越小，主要原因是在一定范圍內(nèi)，織構(gòu)直徑越大儲(chǔ)存池的潤滑油越多，越有利于產(chǎn)生穩(wěn)定的油膜，從而形成流體動(dòng)力潤滑效應(yīng)。摩擦過程中出現(xiàn)的細(xì)小磨屑易被大直徑的織構(gòu)及時(shí)捕捉和消除，防止形成二次磨粒磨損。張東亞等[46]發(fā)現(xiàn)，在相同實(shí)驗(yàn)條件下織構(gòu)直徑和深度越大表面摩擦因數(shù)越小，織構(gòu)面積占有率越大表面摩擦因數(shù)越大，并發(fā)現(xiàn)各幾何參數(shù)對(duì)摩擦性能影響的順序依次為直徑、面積占有率、深度。李寶玉等[47]發(fā)現(xiàn)在其他條件相同時(shí)，隨著織構(gòu)面積占有率的增加，摩擦副表面摩擦因數(shù)先增大后減小，并發(fā)現(xiàn)面積占有率為10.89%的織構(gòu)的摩擦性能最優(yōu)。Shi等[48]認(rèn)為隨著面積密度和織構(gòu)深度的增加，織構(gòu)化表面的摩擦因數(shù)均低于未織構(gòu)化表面，但摩擦的降低總是伴隨著泄漏率的增加。并發(fā)現(xiàn)最佳織構(gòu)深度為5 μm，面積占有率為15 %。Li等[49]利用飛秒激光加工技術(shù)在硬質(zhì)合金表面制備4種面積占有率分別為5.05%、9.5%、13.02%和15.2%的V型織構(gòu)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)織構(gòu)密度為9.5%時(shí)，試樣表面平均摩擦因數(shù)最小且穩(wěn)定，并發(fā)現(xiàn)面積占有率太小不能提供足夠的動(dòng)態(tài)流體壓力，而面積占有率太大會(huì)增加試樣的表面粗糙度。由此可知，在高速低載油潤滑工況下，織構(gòu)深度控制在5～15 μm，織構(gòu)直徑最大但不超過200 μm，且保證面積占有率為10%～15%時(shí)，表面織構(gòu)可有效提高材料表面摩擦性能?？棙?gòu)直徑和面積占有率對(duì)摩擦系數(shù)的影響比織構(gòu)深度大，主要原因是較大直徑的織構(gòu)更容易捕捉摩擦副中的磨粒，避免產(chǎn)生更多的“三體磨損”。織構(gòu)直徑相同時(shí)，面積占有率越大“儲(chǔ)存池”中的潤滑油越多，摩擦過程中的動(dòng)壓潤滑效果越明顯。但是，織構(gòu)面積占有率過大時(shí)，摩擦副表面的接觸面積降低、平均壓力增大，潤滑油膜更易被破壞，減摩效果減弱。對(duì)于織構(gòu)深度，在摩擦過程中合理深度的織構(gòu)不斷被磨平，使織構(gòu)中儲(chǔ)存的潤滑油釋放出來產(chǎn)生升力，形成楔形效應(yīng)（見圖4），從而減小摩擦因數(shù)。但是，當(dāng)織構(gòu)深度超過合理值后，織構(gòu)內(nèi)部將會(huì)產(chǎn)生回流現(xiàn)象，使?jié)櫥彤a(chǎn)生的升力減小，不利于形成楔形效應(yīng)，導(dǎo)致無法降低摩擦因數(shù)[43]。

圖3 磨損量隨微織構(gòu)尺寸的變化規(guī)律[40]

圖4 溝槽織構(gòu)內(nèi)部潤滑油回流示意[43]

2.3 分布形式影響

不同分布形式的表面織構(gòu)對(duì)摩擦特性有很大的影響，并不是所有的表面織構(gòu)均具有減摩效果，必須滿足一定的分布規(guī)律才能提高摩擦性能，且這些分布規(guī)律還需根據(jù)工況和材料而定。

Hsu等[17]通過對(duì)橢圓形和三角形織構(gòu)不同取向的分布對(duì)摩擦性能的影響進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)橢圓形織構(gòu)呈短軸方向分布，其減小摩擦因數(shù)效果最好，三角形織構(gòu)從頂部到底部方向分布能起到減小摩擦因數(shù)的作用，從底部到頂部方向分布能起到增加摩擦因數(shù)作用，這說明橢圓織構(gòu)和三角形織構(gòu)均有“取向效應(yīng)”。王勁孚等[50]發(fā)現(xiàn)與均勻排布的織構(gòu)相比，交錯(cuò)排布的織構(gòu)具有更好的摩擦性能，主要原因是在織構(gòu)面積占有率不變的前提下，交錯(cuò)排布的織構(gòu)既增大了橫向間距，也增大了縱向間距，從而使織構(gòu)產(chǎn)生動(dòng)壓效應(yīng)的作用發(fā)揮得最充分。王洪濤等[51]發(fā)現(xiàn)，改變織構(gòu)單元位置偏移率可使表面動(dòng)壓承載能力最大提高34.9倍，摩擦因數(shù)減小0.59%。并發(fā)現(xiàn)織構(gòu)的分布形式對(duì)表面動(dòng)壓承載能力有較大影響。Yue等[52]在導(dǎo)軌的接觸表面上制備平行、垂直和與滑動(dòng)方向成45°的溝槽織構(gòu)（見圖5），實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)與無織構(gòu)表面相比，帶有垂直和與滑動(dòng)方向成45°的溝槽織構(gòu)表面摩擦因數(shù)降低，而平行于滑動(dòng)方向的表面摩擦因數(shù)升高。何霞等[53]認(rèn)為，將織構(gòu)分布在摩擦副的油膜收斂區(qū)域，可有效提高軸承潤滑性能，若織構(gòu)分布在摩擦副的油膜發(fā)散區(qū)域，將會(huì)降低軸承潤滑性能。王麗麗等[54]認(rèn)為，在相同寬度和深度的條件下，不同分布形式的織構(gòu)對(duì)摩擦因數(shù)的影響有很大差異。徑向分布的溝槽微織構(gòu)在穩(wěn)定磨損階段的摩擦因數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于無織構(gòu)表面，能減小摩擦因數(shù)16%，而周向分布的溝槽微織構(gòu)的摩擦因數(shù)大于無織構(gòu)表面。宋文濤等[55]對(duì)上試樣和下試樣均進(jìn)行織構(gòu)化處理，發(fā)現(xiàn)條狀織構(gòu)的上試樣與三角形織構(gòu)的下試樣在摩擦過程中會(huì)產(chǎn)生慣性效應(yīng)的“疊加”效應(yīng)，可提高油膜承載力，降低摩擦因數(shù)。

圖5 表面織構(gòu)形貌[52]

3 不同工況條件下的減摩機(jī)理

在滑動(dòng)過程中，兩摩擦表面不同的表面粗糙度、載荷、速度、油膜厚度會(huì)導(dǎo)致潤滑狀態(tài)的不同，相應(yīng)的表面織構(gòu)的減磨機(jī)理也不同。而不同潤滑狀態(tài)對(duì)微織構(gòu)的摩擦特性影響尤為突出，潤滑狀態(tài)主要分為干摩擦、邊界潤滑、流體潤滑和混合潤滑[2]。各種潤滑狀態(tài)的基本特征見表1。

3.1 干摩擦

干摩擦是兩摩擦表面之間不添加任何潤滑劑的潤滑狀態(tài)，固體表面直接接觸，表面微凸體接觸后剝落形成的磨屑，在壓力的作用下使韌性金屬摩擦表面引起擦傷或犁溝痕跡，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)勾嘈越饘侔l(fā)生脆裂或剝落[1]。表面織構(gòu)雖增大了初始摩擦因數(shù)和體積磨損率，但在接觸應(yīng)力作用下，磨屑中的納米粒子與槽底及側(cè)面的粗糙峰形成了機(jī)械互鎖，提高了磨屑的附著力，有利于儲(chǔ)存磨屑（見圖6），減少了“三體磨損”[58]。進(jìn)行激光加工的表面織構(gòu)可硬化織構(gòu)區(qū)域表面，使表面可承受更大的接觸應(yīng)力[59]。夏敏華等[60]采用激光打標(biāo)機(jī)在304鋼基體表面刻蝕出點(diǎn)坑狀織構(gòu)，又對(duì)織構(gòu)前后試樣表面進(jìn)行鹽浴滲氮處理，結(jié)果表明，滲氮無織構(gòu)表面的摩擦因數(shù)明顯低于304鋼基體表面，而滲氮織構(gòu)表面的摩擦因數(shù)又遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于滲氮無織構(gòu)表面。這說明織構(gòu)的出現(xiàn)，不僅可以及時(shí)捕捉滑動(dòng)過程中產(chǎn)生磨粒和磨屑，有效避免由磨屑磨粒造成的嚴(yán)重摩擦磨損，而且還能降低滑動(dòng)過程中微凸體的實(shí)際接觸面積，進(jìn)而降低摩擦因數(shù)[61]。剡珍等[62]在離子鍍TiN薄膜表面利用固體Nd:YAG激光器進(jìn)行凹坑織構(gòu)化處理，發(fā)現(xiàn)在干摩擦條件下，織構(gòu)化TiN薄膜的平均摩擦因數(shù)低于未織構(gòu)化TiN薄膜，并且磨損率顯著降低，原因是在滑動(dòng)過程中，凹坑織構(gòu)不僅容納了磨屑，而且有助于滑動(dòng)過程中產(chǎn)生階躍現(xiàn)象，有利于將磨屑排出磨痕，進(jìn)一步改善表面摩擦性能。

表1 各種潤滑狀態(tài)的基本特征[56-57]

Tab.1 Basic characteristics of various lubrication states[56,57]

圖6 表面織構(gòu)儲(chǔ)屑示意[3]

上述均為織構(gòu)對(duì)試樣摩擦副起減摩效果的研究，但并不是所有織構(gòu)在干摩擦條件下均有減摩作用。連峰等[63]在Ti6Al4V表面采用激光加工技術(shù)分別加工出直線、網(wǎng)格和凹坑織構(gòu)，結(jié)果表明，與無織構(gòu)相比，凹坑織構(gòu)的摩擦因數(shù)降低，而網(wǎng)格織構(gòu)和直線織構(gòu)的摩擦因數(shù)升高，但發(fā)現(xiàn)激光織構(gòu)化表面的硬度均高于無織構(gòu)表面，且承載能力得到提升。

3.2 邊界潤滑

邊界潤滑是兩摩擦表面各吸附一層極薄的邊界膜的潤滑狀態(tài)，因?yàn)橐话愣际窃诘退僦剌d工況，所以邊界膜不足以將兩摩擦表面徹底隔開，仍有微凸體接觸。如果潤滑油不足或溫度過高，摩擦副很容易發(fā)生點(diǎn)蝕、剝落和膠合等失效現(xiàn)象[1]。在兩摩擦副表面滑動(dòng)過程中，表面織構(gòu)的凹坑和凹槽可容納潤滑液，當(dāng)其受到一定程度的壓力時(shí)，凹坑和凹槽內(nèi)部的潤滑液會(huì)被擠出并流動(dòng)到兩摩擦副表面之間，從而對(duì)摩擦副表面的潤滑膜起到二次供給作用[64]。此時(shí)，表面織構(gòu)供應(yīng)的“二次潤滑”可維持摩擦副表面的潤滑膜，延長潤滑時(shí)間，提升摩擦性能[65]。李寶玉等[47]采用紫外激光技術(shù)，在GCr15圓盤試樣表面加工出部分溝槽織構(gòu)，研究邊界潤滑狀態(tài)下織構(gòu)幾何參數(shù)對(duì)摩擦因數(shù)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在低速輕載條件下，部分溝槽表面織構(gòu)能夠出色地減少磨損，主要原因是溝槽在滑動(dòng)過程中可以積聚少量的潤滑油，在摩擦副缺油時(shí)能夠?yàn)槠涮峁┒螡櫥?，從而降低摩擦因?shù)。Pettersson等[66]認(rèn)為，邊界潤滑在啟動(dòng)和停止時(shí)占主導(dǎo)地位，在邊界潤滑條件下，潤滑劑較少使局部剪切阻力和表面相互作用力較高導(dǎo)致摩擦力升高。在這種情況下，表面織構(gòu)可以通過在實(shí)際接觸區(qū)域內(nèi)提供潤滑劑來改善這種情況。但是，如果接觸中已經(jīng)存在足夠量的潤滑劑，表面織構(gòu)的作用會(huì)大大降低。Khaemba等[67]認(rèn)為，因?yàn)榧す獗砻婵棙?gòu)使試樣局部接觸壓力增加，從而加速添加劑分解，進(jìn)一步形成保護(hù)油膜，所以激光表面織構(gòu)化可以成功地用于改善添加劑在邊界潤滑狀態(tài)下的摩擦性能。董幫源等[68]認(rèn)為，在邊界潤滑條件下，重載會(huì)造成接觸表面的溫度升高，不利于潤滑油膜的形成，此時(shí)表面織構(gòu)提供的“二次潤滑”對(duì)摩擦副的抗磨效果有很大的提升。

3.3 流體潤滑

流體潤滑是兩摩擦表面之間充滿液體潤滑劑的潤滑狀態(tài)，因?yàn)橐话愣际窃诟咚佥p載工況，所以壓力不足以將油膜厚度減小到微凸體可接觸范圍，故兩摩擦表面沒有任何接觸，摩擦因數(shù)主要取決于流體內(nèi)部分子間的黏性阻力[1]。此時(shí)表面織構(gòu)提高摩擦性能的機(jī)理為：一方面，表面織構(gòu)的不平整性使油膜壓力在織構(gòu)收斂區(qū)域和發(fā)散區(qū)域不斷的升高降低（見圖7），當(dāng)表面以速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，織構(gòu)收斂區(qū)域沿運(yùn)動(dòng)方向的間隙逐漸減小，潤滑劑從大口流向小口形成收斂間隙，滿足形成流體動(dòng)壓潤滑的條件。此時(shí)，流體動(dòng)壓潤滑產(chǎn)生的正壓力超過織構(gòu)發(fā)散區(qū)域降低的壓力，整個(gè)油膜的承載能力提高，摩擦因數(shù)降低，故形成了流體動(dòng)壓效應(yīng)[42]。蘇峰華等[43]在不銹鋼表面利用激光加工技術(shù)制備出溝槽型織構(gòu)，在PAO6油潤滑條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，與無織構(gòu)表面相比，最佳幾何參數(shù)織構(gòu)表面摩擦因數(shù)與磨痕寬度降低了60%以上，其原因是潤滑油通過織構(gòu)收斂區(qū)域時(shí)產(chǎn)生了很好的楔效應(yīng)，誘導(dǎo)產(chǎn)生流體動(dòng)力潤滑效應(yīng)，從而降低摩擦因數(shù)、減少磨損量；另一方面，在考慮空化效應(yīng)時(shí)，表面織構(gòu)使得潤滑流體流場存在空化效應(yīng)，在微觀角度空化產(chǎn)生了局部壓力突變，在宏觀角度空化使摩擦副得到了一組均勻分布的凈承載力，從而提高其承載能力[70]。方勛等[18]研究了微凸體織構(gòu)在流體潤滑條件下誘導(dǎo)空化效應(yīng)對(duì)摩擦性能的影響，研究表明，適當(dāng)幾何參數(shù)的微凸體使?jié)櫥瑓^(qū)域的空化區(qū)域面積增加，誘導(dǎo)空化現(xiàn)象使原來的流體潤滑轉(zhuǎn)變?yōu)榫植繗怏w潤滑，最高可降低摩擦因數(shù)98.7%。

圖7 微凹坑上流體動(dòng)壓形成機(jī)理[69]

3.4 混合潤滑

混合潤滑是干摩擦、邊界潤滑、流體潤滑處于混合共存的潤滑狀態(tài)。兩摩擦表面大部分微凸體無接觸，但存在小部分微凸體直接接觸造成磨損[1]，因此表面粗糙度對(duì)摩擦性能的影響最為明顯，但由于粗糙表面存在的凹凸體或凹槽起到了凹坑或凹槽織構(gòu)存儲(chǔ)潤滑油或者磨粒的作用，從而提高了摩擦副表面的摩擦性能，由此存在一個(gè)最佳的粗糙度值可使摩擦表面的摩擦因數(shù)達(dá)到最小[71]。何霞等[72]研究發(fā)現(xiàn)，在織構(gòu)深度和粗糙度波長相同的條件下，當(dāng)正弦波粗糙度與表面滑移方向垂直時(shí)，隨粗糙度幅值的增加，接觸表面的摩擦因數(shù)降低，表面承載能力逐漸增大，相比于光滑織構(gòu)表面，粗糙度波長為50 μm時(shí)，摩擦因數(shù)最大下降幅度達(dá)到49.5%，承載能力最大增幅為59.1%。楊笑等[73]研究了航空泵用機(jī)械密封在混合潤滑下熱彈流動(dòng)力潤滑TEHD模型中的摩擦特性與密封性，研究表明，表面織構(gòu)對(duì)端面壓力和溫度分布影響很大；介質(zhì)從底端流向頂端的三角形織構(gòu)機(jī)械密封能獲得最大的液膜承載比、最小的摩擦因數(shù)和最高的液膜剛度，在低壓下能滿足泄漏要求，原因是表面織構(gòu)不僅收集磨粒，還促進(jìn)了摩擦副進(jìn)入流體動(dòng)壓模式，因此性能最優(yōu)?？梢姡蚧旌蠞櫥歉鞣N潤滑狀態(tài)的綜合表現(xiàn)，故表面織構(gòu)在混合潤滑狀態(tài)下，既可以提供二次潤滑，又可以產(chǎn)生流體動(dòng)壓效應(yīng)，還可以儲(chǔ)存磨屑。

4 結(jié)語

重點(diǎn)對(duì)表面織構(gòu)形狀、幾何參數(shù)和分布形式對(duì)摩擦學(xué)性能的影響和不同工況表面織構(gòu)的減摩機(jī)理進(jìn)行了綜述，可為今后的研究提供參考。雖然表面織構(gòu)技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)將近半個(gè)世紀(jì)，但還是存在一些問題：一是由于影響摩擦性能的因素較多，且研究者對(duì)實(shí)驗(yàn)條件和研究結(jié)果中的數(shù)據(jù)和參數(shù)種類沒有進(jìn)行規(guī)范化，使互相借鑒存在一定的困難；二是對(duì)表面織構(gòu)中復(fù)合表面織構(gòu)組合對(duì)摩擦性能影響的研究較少；三是對(duì)表面織構(gòu)技術(shù)與其他表面技術(shù)進(jìn)行結(jié)合的研究較少。為此，建議廣大研究者共同建立針對(duì)不同工況的共享標(biāo)準(zhǔn)化模型和代碼庫，使表面織構(gòu)化具有規(guī)范性；將更多仿生學(xué)織構(gòu)優(yōu)化，使復(fù)合表面織構(gòu)協(xié)同作用；將表面織構(gòu)與滲碳、滲氮、離子注入、噴丸輥壓、表面淬火、激光熔覆等其他表面技術(shù)結(jié)合，起到“1+1>2”的作用。

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Research Progress on the Influence of Geometric Characteristics and Working Conditions on the Friction Characteristics of Surface Texture

1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2

(1. College of Mechanical and Transportation, Southwest Forestry University, Kunming 650224, China; 2. Key Laboratory of Vehicle Environmental Protection and Safety in Plateau Mountainous Areas of Yunnan Province, Kunming 650224, China)

Surface texture technology is a kind of surface modification method which is convenient to process and does not destroy the essence of materials. The surface texture technology processes the surface of the material with a certain shape and regular microstructure to improve the surface friction properties of the material. However, there are too many variable factors that affect the friction performance under different working conditions, so that the optimal general scheme of each design parameter can not be obtained. In this paper, the research and development of antifriction effect of surface texture at home and abroad is reviewed from the introduction of additional hydrodynamic pressure effect to the morphology, size, depth, area share, pit bottom shape, orientation and distribution of surface texture.

In this paper, the effects of surface texture morphology, geometric parameters and distribution on its tribological properties are discussed respectively. The morphology of surface texture is divided into protruding texture and concave texture, in which protruding texture is mainly used to increase friction coefficient and hydrophobicity, while sag texture is generally used to reduce friction coefficient and reduce the resistance of sliding process. In engineering, in order to improve the service life of parts, the sunken texture which can reduce the friction coefficient and improve the friction performance is generally adopted. This paper focuses on the influence of the surface texture morphology of continuous texture and discrete texture on the surface friction properties of materials in concave texture. Continuous texture is an efficient means of drag reduction, and its advantage is that it is convenient for processing. At the same time, it is also better than discrete texture in absorbing fine debris. Under good lubrication conditions, wear debris is easy to move in the grooves of continuous texture, which can effectively prevent a large number of wear debris from filling texture and causing texture failure. The discrete texture with reasonable arrangement of pit texture can store the shedding wear particles in the process of sliding, reduce the contact area and solve the problem of lack of oil. At present, the excellent performance of discrete texture in lubrication and wear reduction has attracted wide attention of researchers at home and abroad. There are the most kinds of morphologies of discrete texture, and the research on it is the most detailed. In the discrete texture, the effects of triangle, rectangle, diamond, hexagon, ellipse, cylinder, sphere, water drop, ring, snowflake and gourd texture on the friction properties are analyzed. As for the geometric parameters of surface texture, this paper discusses that among the geometric parameters, the influence of texture diameter and area share on the friction coefficient is greater than the depth of texture, in which the size of texture has a great influence on the lubrication performance of friction pairs. Too large and too small size are not conducive to the advantage of micro-texture, or even cause negative effects. As for the distribution of surface texture, this paper expounds the influence of different distribution forms of surface texture on the friction properties.

The antifriction mechanism of surface texture under different working conditions is summarized under four lubrication conditions of dry friction, boundary lubrication, fluid lubrication and mixed lubrication, and some suggestions on the existing problems of surface texture are put forward. It is expected to provide a reference for the researchers of surface texture. In the future, based on the application of surface texture in traditional manufacturing, surface texture will gradually expand to many new fields.

surface texture; texture morphology; geometrical parameter; distribution form; antifriction mechanism

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TH117

A

1001-3660(2022)10-0089-12

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.010

2021–08–10；

2021–12–05

2021-08-10；

2021-12-05

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51865053）；云南省外國人才引進(jìn)專項(xiàng)（202105AP130010）

National Natural Science Foundation of China (51865053) and The Introduction of Foreign Talents in Yunnan Province (202105 AP130010)

王澤霄（1997—），男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械摩擦磨損機(jī)理及控制。

WANG Ze-xiao (1997-), Male, from Shaanxi, Master, Research focus: Mechanism and control of mechanical friction and wear.

陳文剛（1973—），男，博士，教授，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械摩擦磨損機(jī)理及控制。

CHEN Wen-gang (1973-), Male, from Liaoning, Doctor, Professor, Doctoral supervisor, Research focus: Mechanism and control of mechanical friction and wear.

王澤霄, 陳文剛, 張祿中, 等.幾何特征及工況條件對(duì)表面織構(gòu)摩擦特性影響研究[J]. 表面技術(shù), 2022, 51(10): 89-100.

WANG Ze-xiao, CHEN Wen-gang, ZHANG Lu-zhong, et al. Research Progress on the Influence of Geometric Characteristics and Working Conditions on the Friction Characteristics of Surface Texture[J]. Surface Technology, 2022, 51(10): 89-100.

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