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基于分形的仿生涂层表面摩擦磨损形貌研究

赵西江

  磨损是大部分零件失效的主要原因之一,而零件表面形貌特征与摩擦磨损性能之间有着密切的关系,所以从材料表面形貌特征入手开展对摩擦磨损性能的研究十分必要,由于受到测量条件、成本、表征方法等的限制,使得关于二者关系的研究进展缓慢。本文以具有仿生非光滑体的SiC耐磨涂层为研究对象,利用分形布朗随机场(FBRF)模型对其表面形貌与摩擦磨损性能关系进行了研究。 首先,将分形布朗运动引入到摩擦磨损形貌研究当中,提出了基于形貌灰度图像的FBRF模型,并对其平稳性进行了分析,是研究具有随机、自仿射性等分形特点的摩擦磨损形貌的合适模型,并结合实际模型提出了分形参数H的物理意义,H越大表示其形貌越趋于光滑。 其次,以气相-液相界面流变形控制形貌成型理论为基础,分析得出溶液浓度和温度是影响形貌成型的主要因素,通过16组实验分别控制稀释剂含量和加热固化温度两因素制备具有仿生非光滑体的SiC耐磨性涂层,发现稀释剂含量在14%-16%之间、加热固化温度在35℃-40℃时表面形貌的仿生结构最好,形成的凸包最大宽度尺寸在20μm-45u m之间,其凸包、凹坑分布最为均匀,并对其耐磨性进行了测试,载荷在9.8N、摩擦转数达到1000r时,其耐磨指数达到109.9。 然后,针对SiC涂层进行不同载荷、不同形貌条件下的摩擦磨损测试与形貌采集,基于FBRF模型计算形貌分形维数并对其拟合直线相关性进行实验验证,其相关性达到0.9992,;总结提出磨损过程中形貌分形维数D的变化规律并据此分析了仿生涂层的摩擦磨损性能,各个涂层试样的D变化周期大小依次Dc>Dd>Db>Da>De>Df,得出试样c的耐磨性能最好,并对其在不同载荷下进行测试得到耐磨性能表现最好时的分形维数值范围,载荷为9.8N时,D在2.46左右,载荷为14.7N时,D在2.43左右,载荷在19.8N时,D在2.42左右表现最好,为预测材料的摩擦磨损信息提供了一定的实践基础。 最后,从统计学角度,采用GLCM法对仿生涂层磨损形貌信息进行统计分析,通过试验对二阶距、对比度、相关、熵四个不相关参数数据分析,总结出磨损初期阶段.表面纹理特征遵循着由粗变细、由深变浅、由简单变复杂,但是随着时间的延长或者载荷的加大,致使表面涂层的仿生非光滑体产生疲劳接触失效磨损,次层硬质粒子及软相材料凸显,参数出现反相变化然后开始出现反复现象的变化规律,由此得出纹理特征研究的方法可作为仿生涂层材料摩擦磨损性能分析的科学工具。……   
[关键词]:摩擦磨损;表面形貌;分形;仿生非光滑涂层;纹理特征
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:大连理工大学2012年