Tính chất ma sát của bề mặt micro-textured laser được bôi trơn: Nghiên cứu thực nghiệm từ ma sát bề mặt đến ma sát thủy động học

Tribology Letters - Tập 49 - Trang 117-125 - 2012
Michele Scaraggi1, Francesco P. Mezzapesa2, Giuseppe Carbone3, Antonio Ancona2, Luigi Tricarico3
1DII, Universitá del Salento, Monteroni-Lecce, Italy
2CNR-IFN UOS Bari, Bari, Italy
3DMMM, Politecnico di Bari, Bari, Italy

Tóm tắt

Chúng tôi trình bày các phép đo hệ số ma sát của các cấu trúc micro với bề mặt được bôi trơn và được tạo ra bằng laser (LST) với hai hình dạng khác nhau. Hình dạng đầu tiên là một lưới vuông của các lỗ micro; hình dạng thứ hai được cấu thành từ một loạt các rãnh micro. Chúng tôi phân tích tốc độ trượt trải dài hơn hai bậc độ lớn để bao phủ toàn bộ khoảng từ vùng bề mặt đến vùng thủy động học. Trong tất cả các trường hợp, áp lực tại giao diện được giới hạn ở những giá trị (liên quan đến quy trình sản xuất cụ thể) mà cho phép bỏ qua các biến dạng đàn hồi vĩ mô, tính chất piezo-thủy động và hiệu ứng nén dầu. Dữ liệu đường cong Stribeck được đo được so sánh với dữ liệu thu được từ bề mặt kiểm soát phẳng và cho thấy rằng mảng đều của các lỗ micro cho phép giảm ma sát trên toàn bộ dải các chế độ bôi trơn với mức giảm khoảng 50% trong chế độ thủy động học. Ngược lại, các rãnh micro song song dẫn đến mức tăng ma sát so với bề mặt kiểm soát phẳng với mức tăng tối đa khoảng 80–100% trong chế độ bôi trơn hỗn hợp. Những kết quả ma sát trái ngược này sau đó được giải thích với sự trợ giúp của mô phỏng số. Các phát hiện của chúng tôi xác nhận rằng LST có thể có những ứng dụng tiên tiến trong công nghệ kỹ thuật, không chỉ trong các ứng dụng cổ điển (ví dụ: giảm tổn thất ma sát vòng đệm trong động cơ đốt trong) mà còn, đặc biệt, trong các quy trình công nghệ, như thủy hình, hình thành siêu dẻo, nơi mà việc lập bản đồ các thuộc tính ma sát của khuôn có vai trò quan trọng trong việc xác định các thuộc tính cuối cùng của thành phần cơ khí.

Từ khóa

#Tính chất ma sát #bề mặt micro-textured laser #bôi trơn #mô phỏng số #quy trình sản xuất #khả năng ứng dụng công nghệ.

Tài liệu tham khảo

Stratakis, E., Ranella, A., Fotakis, C.: Biomimetic micro/nanostructured functional surfaces for microfluidic and tissue engineering applications. Biomicrofluidics, 5(1), 13411 (2011)

Scaraggi, M., Carbone, G., Persson, B.N.J., Dini, D.: Lubrication in soft rough contacts: a novel homogenized approach. Part I—Theory. Soft Matter 7(21), 10395–10406 (2011)

Scaraggi, M., Carbone, G., Dini, D.: Lubrication in soft rough contacts: a novel homogenized approach. Part II—Discussion. Soft Matter 7(21), 10407–10416 (2011)

Carbone, G., Pierro, E.: Sticky bio-inspired micropillars: finding the best shape. Small 8(9), 1449–1454 (2012)

Carbone, G., Pierro, E., Gorb, S.N.: Origin of the superior adhesive performance of mushroom-shaped microstructured surfaces. Soft Matter 7, 5545–5552 (2011)

Bottiglione, F., Carbone, G., Mangialardi, L., Mantriota, G.: Leakage mechanism in flat seals. J. Appl. Phys. 106(10), 104902 (2009)

Afferrante, L., Carbone, G.: Microstructured superhydrorepellent surfaces: effect of drop pressure on fakir-state stability and apparent contact angles. J. Phys. Condens. Matter 22(32), 325107 (2010)

Etsion, I.: State of the art in laser surface texturing. J. Tribol. 127(1), 248–253 (2005)

Yu, H., Huang, W., Wang, X.: Dimple patterns design for different circumstances. Lubr. Sci. (2011). doi:10.1002/ls.168

Scaraggi, M.: Lubrication of textured surfaces: a general theory for flow and shear stress factors. Phys. Rev. E 86, 026314 (2012)

Scaraggi, M.: Textured surface hydrodynamic lubrication: discussion. Tribol. Lett. (2012). doi:10.1007/s11249-012-0025-6

Bay, N., Azushima, A., Groche, P., Ishibashi, I., Merklein, M., Morishita, M., Nakamura, T., Schmid, S., Yoshida, M.: Environmentally benign tribo-systems for metal forming. CIRP Ann. Manuf. Technol. 59, 760–780 (2010)

Etsion, I.: Surface texturing. In: Bruce, R.W. (ed.) Handbook of Lubrication and Tribology, Vol. II: Theory and Design, Chap. 53, 2nd edn., pp. 1–16. CRC Press (2012). ISBN 978-1-4200-6909-9

Ancona, A., Rãser, F., Rademaker, K., Limpert, J., Nolte, S., Tãnnermann, A.: High speed laser drilling of metals using a high repetition rate, high average power ultrafast fiber CPA system. Opt. Express 16(12), 8958–8968 (2008)

Kovalchenko, A., Ajayi, O., Erdemir, A., Fenske, G., Etsion, I.: The effect of laser surface texturing on transitions in lubrication regimes during unidirectional sliding contact. Tribol. Int. 38(3), 219–225 (2005)

Galda, L., Pawlus, P., Sep, J.: Dimples shape and distribution effect on characteristics of Stribeck curve. Tribol. Int. 42, 1505–1512 (2009)

Vilhena, L.M., Sedlacek, M., Podgornik, B., Vizintin, J., Babnik, A., Mozina, J.: Surface texturing by pulsed Nd:YAG laser. Tribol. Int. 42(10), 1496–1504 (2009). 13th Nordic Symposium on Tribology (NORDTRIB 2008), Tampere University of Technology, Tampere, Finland, 10–13 June 2008

Qiu, Y., Khonsari, M.M.: Experimental investigation of tribological performance of laser textured stainless steel rings. Tribol. Int. 44(5), 635–644 (2011)

Etsion, I., Halperin, G., Brizmer, V., Kligerman, Y.: Experimental investigation of laser surface textured parallel thrust bearings. Tribol. Lett. 17, 295–300 (2004)

Marian, V.G., Gabriel, D., Knoll, G., Filippone, S.: Theoretical and experimental analysis of a laser textured thrust bearing. Tribol. Lett. 44(3), 335–343 (2011)

Etsion, I., Sher, E.: Improving fuel efficiency with laser surface textured piston rings. Tribol. Int. 42, 542–547 (2009)

Yuan, S., Huang, W., Wang, X.: Orientation effects of micro-grooves on sliding surfaces. Tribol. Int. 44(9), 1047–1054 (2011)

Adatepe, H., Biyiklioglu, A., Sofuoglu, H.: An experimental investigation on frictional behavior of statically loaded micro-grooved journal bearing. Tribol. Int. 44(12), 1942–1948 (2011)

Predescu, A., Pascovici, M.D., Cicone, T., Popescu, C.S., Grigoriu, C., Dragulinescu, D.: Friction evaluation of lubricated laser-textured surfaces. Lubr. Sci. 22(10), 431–442 (2010). 4th World Tribology Conference, Kyoto, Japan, Sept 2009

Ancona, A., Nodop, D., Limpert, J., Nolte, S., Tuennermann, A.: Microdrilling of metals with an inexpensive and compact ultra-short-pulse fiber amplified microchip laser. Appl. Phys. A 94(1), 19–24 (2009)

Pei, S., Ma, S., Xu, H., Wang, F., Zhang, Y.: A multiscale method of modeling surface texture in hydrodynamic regime. Tribol. Int. 44(12), 1810–1818 (2011)

Thông tin
Thông tin xuất bản

Tribology Letters

Tập 49

117-125

Thông tin tác giả