水土溶液润滑下犁铧表面仿生微织构的减摩抗磨特性研究

目的改善犁铧在犁耕作业中的减摩抗磨性能。方法以65Mn钢作为犁铧材料基体,采用激光加工技术在65Mn钢表面制备仿蚯蚓头部凹坑与仿蜣螂头部凹槽织构,在水土溶液中开展摩擦学性能试验,采用扫描电镜分析摩擦磨损机制,使用Ansys Fluent数值模拟辅助分析织构犁铧表面的润滑机理,然后利用Navier-Stokes公式分析犁铧织构表面流速和压力分布。结果犁用65Mn钢表面仿蜣螂头部凹坑与仿蚯蚓头部凹槽织构率为20%时具有最优的减摩抗磨性能,与未织构试样相比,摩擦因数分别降低了21.8%和47.3%,磨损率分别降低了18.0%和28.8%。Ansys Fluent数值模拟表明,2类仿生织构试样表面的流体动力润滑能生成一个净正压力区域,增厚润滑油膜,更易产生气穴与空化,降低压力,减少接触面的摩擦,从而有效增强了试样表面的减摩抗磨性能。结论在65Mn钢表面设计不同织构率的仿蜣螂头部凹坑与仿蚯蚓头部凹槽织构可以有效提高犁铧表面的减摩抗磨效果,且在水土溶液润滑下织构率为20%时,凹槽织构能获得最佳的动力润滑和减摩抗磨性能。