一种改善仿生水润滑轴承摩擦表面承载耐磨性能的方法

1.本发明属于机械设计制造技术领域，特别涉及改善仿生水润滑轴承摩擦表面承载耐磨性能的方法。


背景技术：

2.水润滑轴承因其绿色环保、无需复杂密封结构等优势，在船舶尾轴、核泵、水轮发电机、离心泵等领域广泛应用。然而，相较于油，水的粘度较低，在轴承运转过程中难以形成高承载能力的流体动压润滑膜，容易引起轴承磨损，严重降低其服役寿命。
3.师法自然，自然界的生物普遍存在通过表/界面结构调控润滑进而实现耐磨的现象，且润滑介质多为水溶液。在水润滑轴承表面构建仿生结构可望改善润滑状态，减小摩擦阻力并降低磨损。然而，生物和机械表/界面面临的工况条件不同，且由于制造技术的局限性，生物表/界面结构难以完全“转移复制”到机械表面，这将影响高承载力流体动压润滑膜的形成和仿生耐磨功能的实现。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种在水润滑轴承摩擦表面分布多个仿生凹结构，在仿生凹结构中填充、涂覆或固定减阻材料，能够增大润滑介质(水)在凹结构中的流动速度，增大流体动压，提升润滑膜承载能力，实现水润滑轴承高效耐磨的改善仿生水润滑轴承摩擦表面承载耐磨性能的方法。
5.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种改善仿生水润滑轴承摩擦表面承载耐磨性能的方法，在水润滑轴承摩擦表面分布多个仿生凹结构，仿生凹结构中填充、涂覆或固定有减阻材料。
6.进一步地，所述水润滑轴承采用金属材料、陶瓷材料或聚合物材料制成；金属材料包括巴氏合金，陶瓷材料包括碳化硅陶瓷、氧化铝陶瓷或氮化硅陶瓷，聚合物材料包括超高分子量聚乙烯、赛龙、飞龙或丁腈橡胶。
7.进一步地，所述仿生凹结构的总面积占轴承摩擦表面面积的0.1％-50％，凹结构深度为5μm-10cm。
8.进一步地，所述减阻材料是指能够降低水在仿生凹结构中流动阻力的材料，包括含氟聚合物或疏水/超疏水材料。
9.进一步地，所述仿生凹结构中填充、涂覆或固定的减阻材料的厚度小于凹结构的深度。
10.本发明的有益效果是：本发明在水润滑轴承摩擦表面分布多个仿生凹结构，在仿生凹结构中填充、涂覆或固定减阻材料，能够增大润滑介质(水)在凹结构中的流动速度，基于流量连续条件，将进一步增大凹结构之外区域的流体动压，以提升水润滑膜(润滑介质(水)存在的情况下，摩擦界面自然形成水润滑膜)的承载能力，实现高承载条件下水润滑轴承高效耐磨。
附图说明
11.图1为本发明实施例1的水润滑轴承结构；
12.图2为本发明实施例2的水润滑轴承结构。
具体实施方式
13.下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。
14.实施例1
15.一种改善仿生水润滑轴承摩擦表面承载耐磨性能的方法，在水润滑轴承1摩擦表面分布多个仿生凹结构2，本实施例中仿生凹结构为梯形凹槽结构，如图1所示，其上底(指靠近水润滑轴承轴心)长2mm，下底(远离水润滑轴承轴心)长1mm，深度为1mm，仿生凹结构总面积占轴承摩擦表面面积的10％；仿生凹结构中填充聚偏二氟乙烯减阻材料，填充厚度为0.5mm。
16.所述水润滑轴承采用金属材料、陶瓷材料或聚合物材料制成；金属材料包括巴氏合金，陶瓷材料包括碳化硅陶瓷、氧化铝陶瓷或氮化硅陶瓷，聚合物材料包括超高分子量聚乙烯、赛龙、飞龙或丁腈橡胶。
17.实施例2
18.一种改善仿生水润滑轴承摩擦表面承载耐磨性能的方法，在水润滑轴承1摩擦表面分布多个仿生凹结构2，本实施例中仿生凹结构为上下底面相同的柱形结构，如图2所示，其宽度200μm，深度为1mm，仿生凹结构总面积占轴承摩擦表面面积的15％；仿生凹结构中凹槽结构中喷涂疏水/超疏水材料，例如环氧树脂/二氧化硅复合材料、聚二甲基硅氧烷/二氧化钛复合材料等，喷涂厚度为100μm。
19.所述减阻材料是指能够降低水在仿生凹结构中流动阻力的材料，不局限于上述实施例中所列举的材料。
20.所述仿生凹结构中填充、涂覆或固定的减阻材料的厚度小于凹结构的深度。
21.本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。


技术特征：
1.一种改善仿生水润滑轴承摩擦表面承载耐磨性能的方法，其特征在于，在水润滑轴承摩擦表面分布多个仿生凹结构，仿生凹结构中填充、涂覆或固定有减阻材料。2.根据权利要求1所述的一种改善仿生水润滑轴承摩擦表面承载耐磨性能的方法，其特征在于，所述水润滑轴承采用金属材料、陶瓷材料或聚合物材料制成；金属材料包括巴氏合金，陶瓷材料包括碳化硅陶瓷、氧化铝陶瓷或氮化硅陶瓷，聚合物材料包括超高分子量聚乙烯、赛龙、飞龙或丁腈橡胶。3.根据权利要求1所述的一种改善仿生水润滑轴承摩擦表面承载耐磨性能的方法，其特征在于，所述仿生凹结构的总面积占轴承摩擦表面面积的0.1％-50％，凹结构深度为5μm-10cm。4.根据权利要求1所述的一种改善仿生水润滑轴承摩擦表面承载耐磨性能的方法，其特征在于，所述减阻材料是指能够降低水在仿生凹结构中流动阻力的材料，包括含氟聚合物或疏水/超疏水材料。5.根据权利要求1所述的一种改善仿生水润滑轴承摩擦表面承载耐磨性能的方法，其特征在于，所述仿生凹结构中填充、涂覆或固定的减阻材料的厚度小于凹结构的深度。

技术总结
本发明公开了一种改善仿生水润滑轴承摩擦表面承载耐磨性能的方法，在水润滑轴承摩擦表面分布多个仿生凹结构，仿生凹结构中填充、涂覆或固定有减阻材料。本发明在水润滑轴承摩擦表面分布多个仿生凹结构，在仿生凹结构中填充、涂覆或固定减阻材料，能够增大润滑介质(水)在凹结构中的流动速度，进一步增大流体动压，以提升润滑膜承载能力，实现高承载条件下水润滑轴承高效耐磨。水润滑轴承高效耐磨。水润滑轴承高效耐磨。


技术研发人员：王胡军 刘威 田炉林 邱豪楠 郑靖
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：2021.12.30
技术公布日：2022/3/29