机械封装润滑性质的探究调研

王浩强 李永泽 武长青

摘要：使用调E半导体激光发射器，使用“多脉冲单点多次”激光技术在封装表面上加工出拥有环状阵列布局的微型凹架构。在机械封装的辅助调研装置上，实行了激光架构机械封装和通常机械封装的样品的比较性研究，探究了激光架构技术在不相同的封装载体的压力和旋转速度等状况之下对机械封装的润滑性质的作用。研究表明：在调研的可用范围中，激光架构技术对优化机械封装润滑性质的作用受封装载体的压力的影响最大，旋转速度的影响相对来说比较小。和无架构机械封装来相比，在比较低的密封载体压力的环境下（0.28MPa），激光架构机械封装能明显的改善润滑性质，旋转距离最多可减少60%，旋转速度对摩擦扭转速度的作用不大。在比较高的密封载体压力的环境下（0.6MPa），旋转速度对扭转距离的影响会有相对大的作用，只有每当旋转速度到达临界数值的时候，激光架构机械封装才可以起到优化润滑的作用，但是作用很小。

关键词：机械封装；激光表面；介质压力

1.激光表面织构技术

激光架构技术可以明显的优化摩擦表面润滑性和摩擦机能，提高它的承受力。20世纪80年代，ktion等人把激光架构技术使用于机械封装，提出了激光架构机械封装，就是在密封表面制造出拥有相对规则的布局和特定几何的微形凹架构。封装表面上的微型凹架构造成了楔反应，在收缩区产生正值压力，在舒张区产生的空气反应让表面的液体薄膜拥有较强的承受力，从而可以让动态静态环产生非触碰式的运行。当封装环表面位于液体润滑或者交互润滑形态的时候，凹坑的功能和微动能润滑转轴十分接近。当封装环表面位于边界润滑形态时，凹坑也可以产生存储润滑载体的功能。调研结果表示，激光架构技术可以明显的优化机械封装表面的润滑状态，提升液态薄膜的承受力，加长机械封装的寿命。然而，由于封装腔体中密封载体的压力而形成静态压力效应会压制虚化效应，从而减弱了液体动态压力效应，当封装载体的压力增大到相对界限的时候，虚化效应会被压制或着只在部分的微型凹坑上形成，激光架构机械封装和无架构机械封装功能类似。为了提升封装腔体中的封装载体压力，Etsid等人又发布了使用激光架构技术在封装环表面接近高压侧面加工有环形布局的凹坑架构，可以显著提升封装表面的静态压力。其封装机器类似于封装表面径向阶梯与锥度。调研表示，激光架构机械封装的转向距离明显降低封装腔体内的载体显著提高，但为了抹除液体动态压力的影响，机械封装的旋转速度被限制在700r/min，这一种类的机械封装适用于慢速高压状况。之后，符永宏等人针对激光架构机械封装实行了一系列的调研，调研成果表明，激光架构技术能明显提升机械封装的封装机能。

機械封装表面之间的收缩压是由作用封装表面上的液体压力与弹力两种组成，当前针对激光机构机械封装的调研核心是探究动态静态环之间的液体动态压力润滑效果和封装机能的作用。封装闭合力通常都是加载在封装环上实现的，没考虑到封装腔体内的封装载体压力的作用，即没考虑液体静态压力作用的影响。所以，为了探究激光架构技术对机械封装润滑性质的作用，特别是不相同的密封载体压力之下机械封装润滑性质，本文使用“多脉冲单点多次”激光工艺加工激光架构机械封装，通过摩擦学的研究对架构机械封装的润滑性质作了初步的调研。

2.试验

试验使用半导体激光系统，激光的使用模式是TEM22，使用共振技术，收缩了激光舒张角，聚焦性能比较强，发出的光束质量非常高。使用声调E技术产生光能共振，发出的波长有512nm和1024nm两种，调E重叠的频率是1一20kHz，光束的质量区间Mz<5，舒张角小于0.004rad。样品使用内径：l=21.18mm，外径r=25.6mm的机械封装，动态环的材料为ASD，静态环的原料是石墨。其表面的粗糙程度是0.07纳米。使用“多脉冲单点多次”激光工艺在动态环的表面加工成环状排列分布的凹坑。使用WKT1100的二维几何测量仪器测激光架构机械封装测量出一个微凹坑二维与三维几何的形态。微形凹坑的半径长短由激光功率的密度与脉冲的宽度决定，深度的数值由激光的脉冲宽度决定。所以可以看出来，由于激光架构技术是使用热能瞬间加温汽化材料从而去除材料，因此在凹坑的周围会残留一些渣。样品的表面经过了抛光处理，去除激光架构形成的熔渣之后凹坑的半径R大小是30纳米，最大的深度h是8 纳米，平均面积密度为20 %，在其中凹坑的平均面积密度为凹坑于整个封装环端平面面积的百分比的比例。

2.1试验设备及方法

机械封装试验机器由调研台架、调研载体增压与保压装置与降温系统等构成。调研台架包括引导轨道、托板、封装腔体、轴承套、力量传感器、轴承、底座、联轴、扭矩与传感器和发动机等。主轴由发动机经过调速器的调速下达到了无级调速，转速传感器是串行联接在发动机与主轴承之间，测量主轴承旋转速度及不相同的状况环境之下的摩擦间距。调研载体增压与保压及循环装置由氮气瓶、稳压罐，减压阀门、及压力管道组成。调研载体冷却系统由冷却阀门和管道构成。

2.2实验结果

转速不相同时，激光架构机械封装和无织构机械封装的密封载体压力对转矩的作用也不相同。封装载体压力的变化区间为0.2一0.8MPa。当封装载体压力达到0.6MPa时，无织构机械封装和激光架构机械封装的转矩大致是一样的。当封装载体压力为0.8MPa时，无织构的机械封装和激光架构机械封装的转矩分别是2.38N.M和2.52N？M。转矩随着封装载体压力的改变规律大致和转速1500r/min的时候一致。但在整个封装载体压力改变区间内，激光架构机械封装的转矩始终小于机械封装。这是因为旋转速度较大，在激光架构机械封装表面形成的的液体动态压润滑反应足够克服由封装载体压力所形成的液体静态压力作用的影响。

3.结论

（1）调研验证了封装载体压力所形成的液体静态压效应对激光架构机械封装表面液体动态压的抑制作用。

（2）在相对较低的封装载体压力环境下，旋转速度对润滑性质的影响很小，激光架构机械封装可以明显优化润滑性质，与无织构机械封装相比，转矩最大可缩小60 % 。

（3）在相对较高的封装载体压力环境下，只有每当旋转速度到临界值的时候，激光架构机械封装才可以起到优化润滑的作用，但是作用相对较小。

参考文献：

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