[发明专利]具有功能梯度仿生织构的轴瓦及制备方法、和水润滑轴承

说明书

本发明公开了具有功能梯度仿生织构的轴瓦及制备方法、和水润滑轴承，所述轴瓦表面设有能够实现功能梯度化的仿生织构，所述仿生织构包括仿猪笼草唇部的径向脊形亲水性表面织构和蜡质区的月牙形疏水性表面织构。本发明实现轴瓦与轴上两滑动表面间的减摩，以及润滑剂由端部向中部的定向输运，从而改善内圈轴瓦中部区域的润滑状态。

技术领域

本发明属于摩擦学与表面工程技术领域，涉及水润滑轴承的结构设计，特别涉及具有功能梯度仿生织构的轴瓦及制备方法、和水润滑轴承。

背景技术

水润滑轴承常采用水或水基润滑剂进行润滑，主要包括外圈轴套、滚动体和保持架、内圈轴瓦这几部分，其中内圈轴瓦多为非金属材料，具有得天独厚的绿色、环保优势，主要应用在舰船的艉轴承、水泵、水轮机组等场合。水润滑轴承轴瓦材料的选择对水润滑轴承的润滑性能、工作可靠性和使用寿命有着重要的影响。近年来，轴瓦材料选择高分子或复合材料成为了研究热点，对其进行改性或布置表面织构也逐渐成为提高水润滑轴承摩擦性能的重要手段。其中，UHMWPE材料因其耐冲击强度高、耐磨性好、摩擦系数低等优越性，被广泛应用于水润滑轴承轴瓦材料的改性研究中。

表面织构被认为是提高表面摩擦学性能的新方法之一，其作为一种表面改性方法，是在摩擦副表面加工出一些规则的凹坑、沟槽或者微凸体等不同形貌，以提高摩擦副表面的摩擦学性能。由于生物摩擦系统表界面长期经受复杂工况或与周围环境发生能量与物质的交互作用，优化出各种类型的形态、构形、材料和结构，为人工领域面临的摩擦问题的研究提供了崭新的思路，故仿生摩擦学被大量运用到了表面织构的减摩减阻研究中。而猪笼草实现捕虫功能的两个功能部位表面形态与润湿性具有极大差异，唇部的径向脊形表面结构具有高亲水性，而蜡质区的月牙形表面结构具有高疏水性，但二者均能表现出良好的减摩性能。

有关卤化改性提升材料的摩擦性能研究，最早可见于对橡胶材料的报道中。这其中，在氯化改性SBR橡胶的研究中，研究人员使用三氯氰酸作为改性试剂，并认为橡胶表面的亲水性与溶解三氯氰酸的溶剂种类、改性时间、反应程度等均具有相关性。而可见报道的卤化改性UHMWPE材料的研究中，研究人员利用烷烃在紫外线照射下发生卤化反应的方法制备了溴化UHMWPE表面，增强了纳米粒子在其上的粘附力，从而大幅提高了复合材料的耐磨性。通过改性UHMWPE材料使之亲水性提升的研究也多用于提升其作为薄膜或涂层材料时的机械性能、界面粘附性能、自清洁性能等方面。

综上所述，先前并未有相关报道将猪笼草唇部及蜡质区的表面织构应用于水润滑轴承轴瓦材料的减摩研究；也罕见有通过卤化改性UHMWPE材料使其同时获得亲水性提升和表面形貌改善，进而协同优化其摩擦学性能的研究。因此，本发明着重针对以上两点存在的不足，设计了轴瓦表面的织构，并为验证其合理性和可行性提供合理的技术方案和试验依据。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种具有功能梯度仿生织构的轴瓦及制备方法、和水润滑轴承，实现轴瓦与轴上两滑动表面间的减摩，以及润滑剂由端部向中部的定向输运，从而改善内圈轴瓦中部区域的润滑状态。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

首先，本发明提供一种具有功能梯度仿生织构的轴瓦，表面设有能够实现功能梯度化的仿生织构，所述仿生织构包括仿猪笼草唇部的径向脊形亲水性表面织构和蜡质区的月牙形疏水性表面织构。

进一步的，所述月牙形疏水性表面织构布置于所述轴瓦的两个端部，实现润滑剂由端部向中部的定向输运；所述径向脊形亲水性表面织构布置于所述轴瓦的中部。

进一步的，所述径向脊形亲水性表面织构分为两级，所述仿生织构的布置形式为：月牙形—第一级径向脊形—第二级径向脊形—第一级径向脊形—月牙形；第一级为双层径向脊形织构，布置在所述轴瓦的中部外侧；第二级为带楔形盲孔的双层径向脊形复合织构，布置在所述轴瓦的中心。