[发明专利]磁性微纳织构表面的摩擦控制方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面结构摩擦磨损控制方法及其装置，特别是一种磁性微纳织构表面的摩擦控制方法及装置。

背景技术

随着科学技术及人类社会的发展，摩擦学材料的服役条件越来越极端化、复杂化，这对材料的耐磨性、减摩性等提出了越来越高的要求；同样，有些情况甚至还要求增大摩擦。在传统摩擦学材料的基础上，通过表面工程技术研发，表面摩擦控制为优化机械系统摩擦学性能、解决材料磨损提供了一条有效、也是极具生命力的方案和途径。

在微观领域，微系统突飞猛进的发展也出现了大量的磁场环境下的微观摩擦学问题。纳米科技的发展引发了器件微型化的一场革命，使得各种微系统大量涌现，如微机电系统（MEMS）、微光机电系统（MOEMS）、微流体与生物芯片系统等。但是，在其快速发展和产业化进程的背后也凸显出了很多亟待探索和解决的问题，如磁场条件下新规律、新现象的出现、摩擦磨损问题的解决、微结构粘附问题的解决、外场调控下的摩擦粘附问题。

发明内容

本发明的目的是要提供一种磁性微纳织构表面的摩擦控制方法及装置，解决磁场条件下的摩擦磨损、微结构粘附以及外场调控下的摩擦粘附的问题。

本发明的目的是这样实现的：摩擦控制方法的具体步骤为：

1、  制备出带有微纳织构的表面：通过激光光刻及电化学沉积结合使用。首先对样品实施激光光刻，在衬底材料表面光刻胶的旋涂，匀胶机进行旋涂、然后烘干，在70~110℃下烘干20min；调节激光的平均功率，范围在设在5~100mW，使激光在样品表面形成干涉条纹；关闭脉冲激光系统，取出样品，在80~100℃下烘干20min；最后将样品放入显影液中，当光刻胶上曝光的部分被显影液溶解后，取出样品，以去离子水冲洗净显影液，自然干燥；完成之后再对样品进行电化学沉积；电化学沉积参数：正反向脉冲工作时间5ms~1s、频率0~200Hz、电流密度10~50mA/cm²、工作比1~10，保持镀液温度30℃~60℃、ph值3~5、搅拌速度30~90r/min，制备出规则的微纳织构镀层；

2、  磁化处理：对样品进行磁化处理，磁场强度为2.25×10⁴~4.5×10⁴A/m；

3、  摩擦磨损测试：将样品固定在摩擦磨损试验机上，对摩擦磨损试验机的线圈通电，对样品施加磁场，进行磁化，同时开启摩擦磨损试验机进行摩擦磨损实验，实验完成后，得到摩擦系数。

所述的磁化处理为预先磁化法：将制备好的样品放在永磁体磁场中或者通电线圈产生的磁场中，使样品具有磁性，磁场强度为2.25×10⁴~4.5×10⁴A/m；然后在摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损实验，采用销盘磨损的工作模式，设定转速50~300r/min、时间10~30min、施加载荷0.1~50N，之后便可开始实验，最后得出实验结果。

或者所述的磁化处理为实时调控磁场强度法：将直流电源、线圈与摩擦磨损试验机依次连接，线圈缠绕在摩擦磨损试验机上，样品置于线圈内，施加可调电压，使线圈产生的磁场强度控制在2.25×10⁴~4.5×10⁴A/m；采用销盘磨损的工作模式，设定转速50~300r/min、时间10~30min、施加载荷0.1~50N，销盘工作时，保持线圈通电，使线圈产生的磁场强度控制在2.25×10⁴~4.5×10⁴A/m；对样品实施摩擦磨损的实验测试，实验完成后，得出实验结果。

控制装置包括有：样品、销、载荷、摩擦磨损试验机和线圈；样品位于摩擦磨损试验机的下方，摩擦磨损试验机下端为销，上端为载荷，中间缠绕线圈，销与样品接触。

有益效果，由于采用了上述方案，对磁化之后样品的摩擦学特性与未经磁化的样品的摩擦学特性进行控制比较。通过脉冲激光光刻和电化学沉积制备样品，摩擦磨损实验之前对样品进行预先磁化；或者在实验过程中利用通电线圈所产生的磁场对样品进行磁化，以达到实时调控的目的。根据不同的实际需要，通过磁场的改变实现摩擦学性能的最优化。

复合镀层的结构、成分可控。通过调节激光光刻与电化学沉积过程中的各项参数，可以有效的制备结构、成分可控的复合镀层，从而在材料表面形成规则的织构。从而减少镀层内应力，有效抑制摩擦裂纹的扩展和蔓延，提高镀层的强度和抗塑性变形性能。