机械工程学报 ›› 2026, Vol. 62 ›› Issue (9): 268-280.doi: 10.3901/JME.260421
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袁晋鹏1,2, 吴金龙1,2, 杨淑燕1,2, 麻拴红2,3, 郭峰1
YUAN Jinpeng1,2, WU Jinlong1,2, YANG Shuyan1,2, MA Shuanhong2,3, GUO Feng1
摘要: 针对软物质材料表面摩擦学性能的研究远远滞后于硬材料接触表面的问题,构建了由陶瓷球和表面镀有1层聚二甲基硅氧烷(以下简称PDMS)的玻璃圆盘构成的软接触摩擦副,利用点接触光干涉润滑薄膜测量装置上开展了软接触表面的变形与摩擦学性能的关联性研究。利用高速相机全程记录了软接触表面因抵御载荷发生的变形行为,实现了接触直径、压痕深度和表面接触轮廓线变化量的同步测量,结果表明施加载荷后PDMS表面变形的速度很快,在340 ms内变形量迅速上升,随后基本不变且在300 s时刻达到最大值,卸载后变形量极速变小且在0.3 s后基本恢复至加载前的状态。在干接触条件下同步测量了摩擦力和实时表面接触面积随速度与时间的变化,发现真实接触面积越大对应的摩擦力也越大。在润滑环境下,同步测量了摩擦力和观测了软接触表面的润滑状态,光干涉的测量结果表明小牛血清润滑下始终处于良好的润滑状态且表面变形量减小,同时测得表面的摩擦力非常低且对速度的变化不敏感;在水润滑下,发现低速下润滑不充分,而当速度增大至128 mm/s表面的润滑情况得到了改善且降低了摩擦力。本研究结果希望为软接触表面的摩擦机制提供更全面和客观的认识,对设计高性能的仿生润滑材料也具有较为重要的意义。
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