仿生非光滑耐磨复合层的研究.pdfVIP

第 17 卷 第 3 期 农 业 工 程 学 报 V o l. 17　N o. 3 200 1 年 5 月 T ran sact ion s o f th e C SA E M ay　200 1 7 ( ) 文章编号:200 1 仿生非光滑耐磨复合层的研究 ① 任露泉 , 徐德生, 邱小明, 赵宇光 ( 吉林大学南岭校区, 长春　130025) 摘　要: 把土壤动物体表的非光滑特征应用于耐磨复合层的仿生设计中, 制备出仿生非光滑复合层。研究结果表 明, 非光滑表面能将磨料对表面的犁削变为滚动。在两体静载磨料磨损工况下, 仿生非光滑耐磨复合层的耐磨性是 45 钢的29 倍。仿生非光滑耐磨复合层具有很高的韧性和塑性, 且可根据需要调节复合层的厚度, 为提高地面触土 机械部件的抗磨性开辟一条新的途径。 关键词: 仿生; 非光滑; 耐磨性; 复合材料 中图分类号: T G454; TH 142　　　　文献标识码: A 　　磨料磨损是地面触土机械部件失效的主要原因 1　实验方法 之一。在国内外, 除寻求新型的抗磨料磨损材料和从 结构上进行合理的设计外, 表面硬化则是提高地面 1. 1　结构设计原则 触土机械部件质量、延长使用寿命、改善使用性能的 土壤动物体表的几何非光滑结构存在着数量和 重要方法[ 1, 2 ] 。目前, 常用的表面硬化技术有喷涂、沉 尺寸上的变化。其外观形貌类似于水磨石地面结构, 积、镀层等。由于硬化层厚度较薄, 降低了地面机械 体表有一定的弹性, 在外力作用下, 体表可发生弹性 触土部件在磨料磨损工况下使用的有效性。并且, 工 变形。凸起部位承受着土壤的挤压和摩擦, 凹起部位 程材料表面硬度的提高也是有限度的, 因此, 探索新 易集留空气, 可减轻大气负压, 从而降低与土壤摩擦 的抗磨机理, 以便能更有效地提高地面机械触土部 力。因此, 这种由软、硬多相材料交替叠层形成的非 件的使用寿命。 光滑表面, 是仿生非光滑耐磨复合层的设计原则。仿 自然界中生物体表组织经过千百万年的进化, 生非光滑耐磨复合层是将增强硬质颗粒相通过过钎 ( ) 具有非常独特的结构和性能。生物体表形态是生物 焊方法钎焊在基体材料 碳钢 表面, 形成一非光滑 体 自身生长机制与生存环境长期相互作用的结果。 耐磨复合层。这种结构既保证了基体的强韧性和非 已有的研究表明, 生存在粘湿土壤中的动物体表呈 光滑几何结构单元体的耐磨性, 又能保证非光滑表 [3 ] 面具有生物非光滑表面的减阻、耐磨作用。复合层的 几何非光滑特征, 具有减粘、降阻、耐磨作用 。土壤 动物体表的几何非光滑特征, 是由于体表触土部位 厚度可根据使用要求从几毫米到几十毫米任意调 随机地或规律地分布着一定几何形状的结构单元 整。通过调整钎料配比和增强硬质颗粒相类型和数 [4 ] 量, 可以得到耐热、耐蚀、耐磨多功能仿生非光滑表 体 , 运动时有利于减小