一种基于流体动压润滑的表面结构及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种基于流体动压润滑的表面结构，其通过表面改性方式，使表层构造有纳米结构凸台，凸台表层覆有低表面能的含氟聚合物，使该区域具有疏油性，在摩擦副发生相对运动期间，当达到一定的相对运动速度时，表层没有纳米凸台区域近壁面的油液运动速度与壁面速度相同，表层具有纳米凸台区域近壁面的油液与壁面生成由液体-气体、液体-固体组成的复合型界面，由于同一切向面的液体之间具有一定的流速差，即使是处于平行相对运动的摩擦副表面之间的油液由于速度差的存在也能使其局部产生压力，有利于摩擦副两表面分离，形成流体润滑，特别是在乏油工况下该结构也能将离散分布于摩擦副表面的油液聚集并产生局部压力，利于流体润滑。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于流体力学、摩擦学和表面工程
，具体涉及一种基于流体动压润滑的表面结构及其应用。
技术介绍
由于受到测试技术的限制和在宏观尺度下界面因素影响不显著等原因，对于传统的粘性流体力学，其中的一个基本假设是边界无滑移，即认为处于固体表层的流体与固体的运动速度是相等的。早在1823年，法国学者Navier就设想了近壁面处液体的滑移现象，并提出近壁面处液体的滑移速度u(0)正比于液体的流速梯度即剪切率，其表式如下：u(0)=b∂u∂z]]>式中b为滑移长度，它是有滑移表面外推到流体速度为零的点至滑移表面的距离；为流速梯度即剪切率。近年来，不少学者运用高精度检测仪器对滑移理论做了进一步的研究，界面滑移的存在已被实验所证实，中国专利CN103438804A、CN101819126A、CN101738166A中公开了各种方法实现了对界面滑移长度的测量。诸多国内外文献已提出界面疏油(疏水)性质与滑移长度之间有着较大的联系，综合不少学者的试验研究结论，滑移长度b一般处于10至30μm，基于尺度效应，对于摩擦副之间间隙而言，边界滑移的作用对其表面间油液的流体动力学特性的影响是极为可观的。并且，随着微型机械、MEMS技术的不断发展，大量的微型机械设备在我国社会生产中发挥着作用，边界滑移因素在此类机械设备上有着更为显著的影响。因此，一种基于流体动压润滑的表面结构，通过合理的运用滑移理论来改善摩擦副表层的界面性质以达到更好的润滑效果，该结构在节能环保、循环使用型设备的研发中将有着一定的应用价值。
技术实现思路
本专利技术针对现有的技术问题，根据行业技术研发趋势，提供了一种基于流体润滑的表面结构，该结构加工方便、结构简单、适用面广，能够有效地降低摩擦系数、减小摩擦磨损等特点。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于流体动压润滑的表面结构，其特征在于，该结构运用表面改性的方式在摩擦副表面形成条纹分布的疏油区域(1)，具有该结构的摩擦副在工作时，未改性区的油液与固体表面主要形成液-固界面，其界面滑移长度无限接近于零；处于疏油区域(1)的油液由于范德华力的作用使其形成具有液-气(3)和液-固(4)的复合型界面，使滑移长度增加，具有该表面结构的摩擦副由于界面局部滑移长度的差异性，使其在工作条件下近壁面处油液存在速度差产生局部压力，以便有利于两摩擦副表面分离，有利于形成流体润滑。进一步，作为优选，所述疏油区域的表面具有纳米尺度的凸台(2)，所述凸台(2)表层覆有低表面能的含氟聚合物，所述凸台(2)的直径或边长d＝10-300nm，间距g＝10-300nm。进一步，作为优选，该结构依靠具有不同边界滑移长度区域相邻的边界，使近壁面处液体产生速度差，疏油区域形状可根据摩擦副表面形状进行调整，疏油区(1)之间的间隔范围n为0.001-20mm，宽度范围m为0.001-20mm。进一步，作为优选，运用该结构形成的流体润滑不局限于需要收敛型楔形间隙，运用该结构能够构造一系列平行间隙流体动压润滑摩擦副。进一步，作为优选，该结构适用于所有基于流体动压润滑摩擦副表面。进一步，作为优选，根据摩擦副的工作状况，该结构能应用于运动的摩擦副表面和静止的摩擦副表面。进一步，作为优选，根据摩擦副的形状，该结构能够应用于平面和曲面。另外，本专利技术提供了一种止推轴承，其利用本专利技术提供的基于流体动压润滑的表面结构，且轴承圆环摩擦副表面上等间隔并沿圆心对称分布若干个疏油区域。进一步，本专利技术提供了一种低摩擦液压缸，其利用本专利技术提供的基于流体动压润滑的表面结构，且在液压缸活塞外壁沿活塞轴线方向等间距分布有若干疏油区，或/和在液压缸缸筒外壁沿活塞轴线方向等间距分布有若干疏油区。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)、本专利技术一种基于流体动压润滑的表面结构，其疏油区表层通过表面改性改性的方式制成，加工方便，结构简单，且工作时无需其他调节装置；(2)、本专利技术一种基于流体动压润滑的表面结构，表层具有该结构的摩擦副形成流体压力机理主要依靠界面液体流速差，不局限于需要收敛型楔形间隙，并且，运用该结构能够构造一系列平行间隙流体动压润滑摩擦副；(3)、本专利技术一种基于流体动压润滑的表面结构，能够适用于不同工况和不同形状的摩擦副表面，具有适用性强、使用范围广等特点；(4)、本专利技术一种基于流体动压润滑的表面结构，应用在乏油工况下的摩擦副表面，也能将离散分布于摩擦副表面的油液聚集并产生局部压力，利于流体润滑；此外，本专利技术具有加工方便、结构简单、适用面广，能够有效地降低摩擦系数、减小摩擦磨损等特点。附图说明图1为本专利技术的一种基于流体动压润滑的表面结构的结构示意图；图2为图1中疏油区表面局部放大示意图；图3为疏油区表面凸台与油液接触状态局部放大图；图4为本专利技术应用在运动状态的摩擦副工作时液体流速分布图；图5为本专利技术应用在静止状态的摩擦副工作时液体流速分布图；图6为本专利技术应用在止推轴承的结构示意图；图7为本专利技术应用在间隙密封液压缸活塞表面的示意图；图8为图7中活塞表面与活塞与缸筒间隙的局部放大示意图；图9为本专利技术应用在间隙密封液压缸缸筒内壁的示意图；具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1-9，本专利技术提供一种技术方案：一种基于流体动压润滑的表面结构，该结构运用表面改性的方式在摩擦副表面形成条纹分布的疏油区域1，具有该结构的摩擦副在工作时，未改性区的油液与固体表面主要形成液-固界面，其界面滑移长度无限接近于零；处于疏油区域1的油液由于范德华力的作用使其形成具有液-气3和液-固4的复合型界面，使滑移长度增加，具有该表面结构的摩擦副由于界面局部滑移长度的差异性，使其在工作条件下近壁面处油液存在速度差产生局部压力，以便有利于两摩擦副表面分离，有利于形成流体润滑。本专利技术基于界面边界滑移长度与疏油性之间的关系，通过表面改性的方式，使同一表面上不同区域具有不同的疏油性质，表面具有该结构的摩擦副发生相对运动期间，当达到一定的相对运动速度时，亲油表层油液运动速度与壁面速度相同，疏油区域近壁面油液的运动速度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于流体动压润滑的表面结构，其特征在于，该结构运用表面改性的方式在摩擦副表面形成条纹分布的疏油区域(1)，具有该结构的摩擦副在工作时，未改性区的油液与固体表面主要形成液‑固界面，其界面滑移长度无限接近于零；处于疏油区域(1)的油液由于范德华力的作用使其形成具有液‑气(3)和液‑固(4)的复合型界面，使滑移长度增加，具有该表面结构的摩擦副由于界面局部滑移长度的差异性，使其在工作条件下近壁面处油液存在速度差产生局部压力，以便有利于两摩擦副表面分离，有利于形成流体润滑。

【技术特征摘要】
1.一种基于流体动压润滑的表面结构，其特征在于，该结构运用表面改性
的方式在摩擦副表面形成条纹分布的疏油区域(1)，具有该结构的摩擦副在工
作时，未改性区的油液与固体表面主要形成液-固界面，其界面滑移长度无限
接近于零；处于疏油区域(1)的油液由于范德华力的作用使其形成具有液-气
(3)和液-固(4)的复合型界面，使滑移长度增加，具有该表面结构的摩擦副由
于界面局部滑移长度的差异性，使其在工作条件下近壁面处油液存在速度差
产生局部压力，以便有利于两摩擦副表面分离，有利于形成流体润滑。
2.根据权利要求1所述的一种基于流体动压润滑的表面结构，其特征在
于：所述疏油区域的表面具有纳米尺度的凸台(2)，所述凸台(2)表层覆有低
表面能的含氟聚合物，所述凸台(2)的直径或边长d＝10-300nm，间距
g＝10-300nm。
3.根据权利要求1所述的一种基于流体动压润滑的表面结构，其特征在
于：该结构依靠具有不同边界滑移长度区域相邻的边界，使近壁面处液体产
生速度差，疏油区域形状可根据摩擦副表面形状进行调整，疏油区(1)之间的
间隔范围n为0.001-20mm，宽度范围m为0.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴振鹏，曾良才，毛阳，郑飞龙，陈小兰，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42