表面織構(gòu)技術(shù)改善發(fā)動機(jī)曲軸軸承摩擦學(xué)性能

陳文剛， 毛宇坤

(西南林業(yè)大學(xué)機(jī)械與交通學(xué)院， 昆明 650224)

早在20世紀(jì)中期，人們就針對機(jī)械摩擦副進(jìn)行表面織構(gòu)相關(guān)的研究。Hamilton等[1]利用了表面蝕刻技術(shù)在機(jī)械零件表面制備了一層微觀凸起，這些存在于零件表面的微觀凸起起到了微流體動壓作用，能夠有效降低摩擦系數(shù)，提升零件表面摩擦副的承載能力。并在此研究的基礎(chǔ)上提出附加流體動壓效應(yīng)，之后Etsion[2]經(jīng)過研究將流體動壓效應(yīng)理論深化，目前已是表面織構(gòu)技術(shù)中重要的工作機(jī)理之一。

為了有效降低摩擦副表面的摩擦系數(shù)，學(xué)者們通過多種摩擦副表面改性技術(shù)，如表面涂層、改善潤滑油性能以及材料表面其他處理方式等方面進(jìn)行了不斷深入的研究。傳統(tǒng)摩擦學(xué)理論指出:摩擦副表面越光滑，摩擦系數(shù)就越低。然而，近些年有大量的研究表明，與傳統(tǒng)摩擦學(xué)理論認(rèn)知不同的是，并非零件表面摩擦副越光滑，得到的摩擦系數(shù)就越低，通過在表面制備一些特定有紋理的表面，能夠大大降低摩擦副的摩擦系數(shù)同時減少材料磨損量。Bechert等[3]經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)鯊魚的表皮并非完全光滑，同樣也覆蓋著一系列排列形式的微小肋條鱗片，能夠有效降低鯊魚在水中所受阻力。20世紀(jì)末，研究人員通過對一些生物體表微觀形貌進(jìn)行顯微觀察發(fā)現(xiàn)，具有良好的減摩減阻效果、有疏水性以及抗黏附特性的動植物，發(fā)現(xiàn)他們的體表大多與人們刻板印象的純光滑表面有所不同，它們大都表面并不是光滑的，從而啟發(fā)人們對生物體表面仿生的研究。通過研究人員的不斷研究，現(xiàn)已證實表面織構(gòu)現(xiàn)是一種能夠有效地降低物體表面摩擦系數(shù)并起到提高耐磨效果的方法，織構(gòu)的各項參數(shù)如表面形貌、織構(gòu)尺寸以及面積占有率等因素的變化都會對摩擦系數(shù)、磨損屬性等產(chǎn)生影響[4]。

為此，現(xiàn)介紹近年來表面織構(gòu)技術(shù)在摩擦學(xué)領(lǐng)域的主要成果。從表面紋理形狀、深度、面積占有率、排列方式等方面綜述表面織構(gòu)應(yīng)用于汽車發(fā)動機(jī)曲軸的研究現(xiàn)狀。為提升汽車發(fā)動機(jī)在各種運行條件下的可靠性提供參考。最后對目前表面織構(gòu)技術(shù)改善發(fā)動機(jī)曲軸軸承的摩擦學(xué)性能進(jìn)行展望。

1 表面粗糙度對曲軸軸承潤滑的影響

汽車內(nèi)燃機(jī)曲軸軸承系統(tǒng)是內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部的核心技術(shù)之一，其摩擦學(xué)性能對內(nèi)燃機(jī)的使用壽命、輸出特性以及對環(huán)境的污染等有著很大的影響。在當(dāng)代汽車設(shè)計中，眾多研究者進(jìn)行不懈研究，針對曲軸軸承系統(tǒng)，有效地提升其潤滑性能，進(jìn)一步提高設(shè)計水平，使內(nèi)燃機(jī)曲軸軸承具有較高的工作效率以及優(yōu)良的摩擦學(xué)特性。

通過研究曲軸軸承系統(tǒng)潤滑性能的影響因素，能夠有效地對曲軸軸承的具體潤滑性能進(jìn)行分析，以達(dá)到進(jìn)一步提高其設(shè)計水平，使內(nèi)燃機(jī)曲軸軸承具有較高的工作效率與優(yōu)良的摩擦學(xué)特性。內(nèi)燃機(jī)曲軸軸承系統(tǒng)的潤滑性能受到很多方面的影響，主要包括運行工況、摩擦副表面粗糙度、軸承本身彈性變形、熱效應(yīng)以及軸承間隙與寬度等因素的影響。

內(nèi)燃機(jī)曲軸軸承表面的粗糙程度十分微小，在使用過程中其絕大多數(shù)的最小油膜厚度只有約幾微米，有相關(guān)學(xué)者針對粗糙度對軸承的影響進(jìn)行研究。

王曉力[5]在平均雷諾方程與廣義雷諾方程的基礎(chǔ)上考慮了存在表面粗糙度的曲軸軸承流體潤滑分析模型。裘祖干等[6]針對粗糙程度對動載軸承的潤滑特性影響，提出不同粗糙程度軸承所對應(yīng)的雷諾方程，得到了相應(yīng)的摩擦系數(shù)及流量系數(shù)的公式并通過有限差分法求解雷諾方程，得到表面粗糙程度對軸承的承載力、摩擦系數(shù)、流量系數(shù)的影響圖，以及軸承處在流體動力潤滑狀態(tài)時所允許的最大粗糙度值。張朝等[7-8]通過對表面不同粗糙度與潤滑油的流變學(xué)特性的軸頸與軸承進(jìn)行了分析研究，得到其對內(nèi)燃機(jī)曲軸軸承潤滑性能的影響。結(jié)果表明，軸承性能主要受潤滑油的流變特性、軸承幾何特性與運行工況共同影響；同時指出接觸表面若為橫向粗糙時軸承的性能比縱向粗糙差。孫軍等[9]針對受載變形以及不同表面粗糙程度的曲軸軸承，通過動力學(xué)法以及變形矩陣法以及進(jìn)行彈性流體動力潤滑分析。研究表明，曲軸軸心運行軌跡主要受到表面粗糙程度的影響，同時其受表面彈性形變的影響較小。

眾多實驗研究體現(xiàn)出曲軸軸承摩擦副表面的粗糙程度對于其潤滑性能有著重要影響。許多學(xué)者通過對曲軸摩擦副表面進(jìn)行測試，分析研究了曲軸軸承表面粗糙度與軸承具體運行工況、油膜厚度等多種影響因素的關(guān)系。并指出各參數(shù)會對摩擦副表面的摩擦學(xué)性能造成不同程度的影響，同時其摩擦系數(shù)以及磨損量也可能變得大小不一。

2 表面織構(gòu)技術(shù)

2.1 表面織構(gòu)加工技術(shù)

理論實驗研究與實際應(yīng)用表明,表面織構(gòu)化技術(shù)能夠有效改善物體接觸表面的摩擦學(xué)性能對于摩擦副表面的摩擦性能起到了有效優(yōu)化效果，其主要作用機(jī)理為:流體潤滑條件下，有效地產(chǎn)生流體動壓潤滑效應(yīng)；混合摩擦條件下能作為儲油槽，能夠提升潤滑效果；在邊界潤滑干摩擦條件下能夠儲存磨損磨粒，有效減少材料的二次磨損。

表面織構(gòu)改性技術(shù)較為多樣，主要包括電火花加工[10]、激光加工[11]、超聲波[12]、電解加工技術(shù)[13]、化學(xué)反應(yīng)離子刻蝕、表面噴丸處理[14]、光刻[15]、壓刻、3D打印[16]、納米壓印等方式在材料表面制備出的具有特定形貌的幾何陣列凹坑，能夠有效改善表面摩擦副的減摩抗磨特性[17]。

電火花加工技術(shù)(electrical discharge machining，EDM)通過將導(dǎo)電材料浸入工作液中并進(jìn)行通電產(chǎn)生工件與電極間脈沖產(chǎn)生的能量將其表面進(jìn)行電蝕去除。電火花加工技術(shù)可以對復(fù)雜形狀的物體進(jìn)行加工，因其主要通過電能驅(qū)動進(jìn)行，可以制作自動化加工設(shè)備，且不易產(chǎn)生毛刺、刀痕等缺陷。該方法的主要缺點是污染較大，加工過程中會產(chǎn)生煙霧，加工后廢液需要進(jìn)行凈化處理等。電火花加工主要應(yīng)用于具有較復(fù)雜不易加工形狀的模具或零件[18]。趙昌龍等[10]將模擬仿真與實驗相結(jié)合，采用電火花加工技術(shù)在GCr15零件表面加工微織構(gòu)，并利用ANSYS軟件模擬了加工過程中各項數(shù)據(jù)、加工條件，并預(yù)測所加工出的織構(gòu)參數(shù)等。將仿真與試驗對比后得到兩者誤差不到10%，驗證了利用電火花加工表面織構(gòu)是合理有效的。

激光加工是使用激光器在零件表面進(jìn)行加工的技術(shù)。激光加工可以對多種材料進(jìn)行，金屬、非金屬工件都可以通過激光加工。激光加工過程中不易產(chǎn)生對試樣表面有影響的切削力，變形?。荒芰孔⑷胨俣瓤?，產(chǎn)生的熱變形也較??；加工速度高，污染小。激光加工技術(shù)加工其速度快、適用材料范圍廣、對環(huán)境無污染等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。激光加工中，飛秒激光加工技術(shù)又具有顯著優(yōu)勢。飛秒激光照射到材料表面時，表面局部溫度急速升高，使材料直接蒸發(fā)；同時，因其加熱速度快，材料內(nèi)部完成熱傳導(dǎo)所需要的時間很短，因此熱影響區(qū)非常小，加工出的織構(gòu)精度較高[19]。董光能等[20]使用激光加工技術(shù)在TiNi合金表面制備了一層規(guī)則的微凸表面。結(jié)果表明：表面織構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用可將摩擦因數(shù)可降至0.1以下，能夠有效改性零件表面的摩擦學(xué)性能。何江濤[21]利用飛秒激光加工技術(shù)在GCr15軸承鋼表面加工了不同參數(shù)的表面織構(gòu)，分析不同脈沖參數(shù)、激光重復(fù)頻率、掃描速度等對織構(gòu)加工的影響。通過往復(fù)摩擦試驗與旋轉(zhuǎn)摩擦試驗分析了不同表面織構(gòu)的摩擦學(xué)性能，指出圓形微織構(gòu)在不同工況下具有較好的摩擦學(xué)性能，最合適的織構(gòu)面密度為0.07，此時具有較小的摩擦系數(shù)與更好的耐磨性能。激光加工技術(shù)能達(dá)到較高的自動化程度與加工效率，但激光加工設(shè)備成本較高且加工后零件表面存在較大的粗糙度，還需后續(xù)加工打磨。

表面織構(gòu)的電解加工技術(shù)是通過金屬在電解液中陽極產(chǎn)生溶解去除陽極的金屬材料，基于陰極將金屬加工成一定形貌的技術(shù)。電解加工技術(shù)加工質(zhì)量較好，不會對加工零件的表面產(chǎn)生熱影響等。薛騰等[22]基于電解加工技術(shù)自主改進(jìn)實驗夾具設(shè)備，研究了在304不銹鋼表面不同電壓、加工時間、占空比對加工出的溝槽織構(gòu)形貌的影響。結(jié)果表明合適的電解加工參數(shù)與合理加工方案相結(jié)合能夠加工出形貌良好的微溝槽。電解加工方法加工效率高，加工成本低，但電解加工只能夠加工金屬零件，而且加工前需要對加工設(shè)備進(jìn)行一定的光刻加工處理，需要額外耗費加工資源。錢雙慶[23]利用有限元分析軟件結(jié)合在缸套-活塞環(huán)表面加工不同參數(shù)的表面織構(gòu)，提出了活動模板電解加工技術(shù)，研究了電解加工技術(shù)中不同參數(shù)的活動模板、電流密度、加工時間等對于表面織構(gòu)的減摩效果所產(chǎn)生的影響。表面織構(gòu)的加工方式具有多樣性，Wang等[24]通過反應(yīng)離子蝕刻技術(shù)加工出分布均勻的微凹坑圖案，改善了物體摩擦副表面的減摩耐磨性能?；瘜W(xué)反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)的加工成本高昂，需要輔助設(shè)備輔助進(jìn)行；而機(jī)械壓刻技術(shù)工藝復(fù)雜且壓刻過程對設(shè)備的損耗較大，雖然以上兩種方法加工精度較高，但都需要高昂的成本，因此這兩種技術(shù)不適用于大批量零件的加工。

Uehara等[25]在氮化硅陶瓷表面通過噴丸技術(shù)加工出凹坑形表面織構(gòu)，提高了試樣在油潤滑條件下摩擦副表面的耐磨性能。李凱凱[26]通過電解加工技術(shù)在內(nèi)燃機(jī)缸套表面進(jìn)行了不同表面織構(gòu)密度分布方式的表面織構(gòu)化改性處理。結(jié)果表明：在充分潤滑情況下，面積占有率為10%的復(fù)合密度型表面織構(gòu)化試樣擁有最好的摩擦學(xué)性能。Cho等[27]在聚甲醛材料表面使用微型數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)加工出了凹坑形表面織構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)：在潤滑條件下，面積占有率為10%的織構(gòu)表面具有很好的減摩效果，摩擦因數(shù)僅為無織構(gòu)光滑表面的50%。

近年來中外表面織構(gòu)加工大多應(yīng)用于工程領(lǐng)域，織構(gòu)加工方式眾多，其中主要以激光、電解加工、超聲加工為主。針對發(fā)動機(jī)曲軸軸承的表面改性還需要考慮微織構(gòu)的建模機(jī)理等影響因素。

2.2 表面織構(gòu)的減磨機(jī)理

汽車發(fā)動機(jī)曲軸內(nèi)部支撐部件多為徑向滑動軸承，在徑向滑動軸承上通過表面織構(gòu)技術(shù)，制備合適形貌和幾何參數(shù)的凹坑或凹槽，能夠有效提高曲軸系統(tǒng)的承載力以及減摩抗磨等摩擦學(xué)性能[28]。在不同的摩擦形式下，其表面織構(gòu)的減摩機(jī)理也不同[29]。摩擦形式可根據(jù)潤滑膜的厚度以及摩擦副表面粗糙程度等因素一般可分為干摩擦、邊界潤滑、混合潤滑以及流體潤滑，對減摩機(jī)理的深入研究能夠科學(xué)地反映表面織構(gòu)的幾何特征及工況條件與理論之間的關(guān)系。一些學(xué)者在徑向滑動軸承的表面制備出微型凹槽，以達(dá)到提高曲軸軸承的減摩抗磨性能及承載能力等摩擦學(xué)性能的目的。Liu等[30]研究了通過將梯形人字形凹槽表面應(yīng)用于徑向滑動軸承表面摩擦副，發(fā)現(xiàn)摩擦副表面凹槽的數(shù)量和梯形角度對軸承摩擦副表面的承載能力的影響較小，然而其對摩擦系數(shù)的影響相對較大。目前，能夠解釋不同摩擦形式下表面織構(gòu)的減摩機(jī)理有以下幾種。

(1)在干摩擦下，物體表面微織構(gòu)能夠?qū)⒛Σ粮北砻嫦嗷ツΣ習(xí)r脫落下來的磨粒和磨屑進(jìn)行有效的儲存，延遲磨損過程，不僅如此，還能夠降低摩擦副間的實際接觸面積，即降低了固體間的直接接觸，進(jìn)而能夠達(dá)到降低摩擦、減小磨損的作用。

(2)在邊界潤滑或混合潤滑下，其表面受到一定載荷時，摩擦副進(jìn)行相對運動，摩擦副的接觸表面因擠壓會產(chǎn)生一定的變形，產(chǎn)生的變形能夠?qū)⒛Σ粮北砻婵棙?gòu)內(nèi)所儲存的潤滑液擠壓出來，便起到了“二次潤滑”作用，既能減小摩擦，還能在一定程度上防止咬合。

(3)在流體潤滑的條件下，摩擦副表面織構(gòu)的減摩效果是由產(chǎn)生的流體的動壓潤滑效應(yīng)作用而實現(xiàn)，流體動壓潤滑又常伴隨“空化”現(xiàn)象，在“擠壓”和“空化”作用下又提高了潤滑膜的承載能力。

除這些作用外，滑動過程中潤滑膜的形成對表面織構(gòu)的摩擦行為也起著重要的作用。不同的潤滑狀態(tài)對潤滑膜的形成發(fā)揮著不同的作用，Xu等[31]分別研究了流體潤滑和邊界潤滑下橢圓形織構(gòu)表面潤滑膜的形成對摩擦學(xué)性能的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn):在流體潤滑下，有、無織構(gòu)的表面摩擦系數(shù)相近，說明在流體潤滑下是表面吸附的潤滑油膜主導(dǎo)了摩擦學(xué)行為而非織構(gòu)；而在邊界潤滑下，帶織構(gòu)表面的樣件磨損量有所降低，說明在邊界潤滑下是潤滑膜的形成起主導(dǎo)作用[32]。

劉慶萍[33]通過對魚鱗進(jìn)行幾何形態(tài)以及其表面粘液的摩擦學(xué)特性，設(shè)計了魚鱗片的仿生溝槽及仿生黏液等，并將仿生溝槽與黏液進(jìn)行合理耦合研究了二者的摩擦學(xué)特性，減摩減阻效果。研究結(jié)果表明，仿生黏液減阻的效果能達(dá)到28%，溝槽最大的減阻效果能達(dá)到42%，而兩者耦合所得到的減阻效果并不是兩者效果的簡單疊加，兩者結(jié)合后，最大減摩效果達(dá)到58%，接近于兩者減阻效果相加之后所得值的80%。

3 表面織構(gòu)參數(shù)對摩擦學(xué)性能的影響

3.1 織構(gòu)的形貌

表面織構(gòu)形貌存在多樣性，常見形貌有圓形、方形、鼓包、仿生、溝槽、網(wǎng)格以及三角函數(shù)曲線等的凹槽或凸起[2]。隨著織構(gòu)形狀的不斷創(chuàng)新，研究人員近些年還深入研究了不同幾何形貌以及各種組合形對摩擦特性的影響。需要選取合適的織構(gòu)形貌才能夠較好地發(fā)揮出減摩抗磨效果。同時，在選擇表面織構(gòu)形狀時，應(yīng)適當(dāng)增加所選取參數(shù)的廣泛性以便接近最優(yōu)值。王麗麗等[34]用激光加工技術(shù)在45號鋼表面如圖1所示的4種不同形貌的織構(gòu)，對比分析了相同工況下不同織構(gòu)的減摩抗磨特性:與光滑接觸表面相比，表面為徑向溝槽織構(gòu)和凹坑織構(gòu)的接觸表面其摩擦因數(shù)分別能夠比無織構(gòu)表面降低16%和11%。同時，局部網(wǎng)狀形貌的織構(gòu)的減摩效果不明顯，而周向溝槽織構(gòu)的摩擦力反而有所增加。還指出徑向溝槽和凹坑表面能夠起到儲油存儲磨粒的作用，摩擦副產(chǎn)生的表面磨損磨痕主要沿運動方向。在下試件表面制備微織構(gòu)能有效產(chǎn)生流體動壓效應(yīng)，而在上表面的制備凸起形織構(gòu)反而會加劇接觸表面的磨損。

圖1 微織構(gòu)分布二維示意圖[34]Fig.1 Two-dimensional schematic diagram of micro-texture distribution[34]

王國榮等[35]對比了4種溝槽形織構(gòu)的減摩效果(圖2)，從圖2中可以看出，矩形溝槽的承載能力最好，摩擦系數(shù)最小，橢圓形和內(nèi)凹階梯型相差不大，而V形溝槽效果最差。

圖2 表面織構(gòu)形狀和深度的變化對動壓潤滑效應(yīng)的影響[35]Fig.2 The influence of the change of surface texture shape and depth on the effect of hydrodynamic lubrication[35]

Wu等[36]分別在金屬試件表面加工出微圓坑和溝槽型微織構(gòu)陣列，并進(jìn)行了往復(fù)式摩擦學(xué)性能試驗。存在微圓坑與微溝槽織構(gòu)的表面在填充MoS2固體潤滑劑后均能提升表面的減摩抗磨性能；并且溝槽織構(gòu)的表面減摩效果比微圓坑好。織構(gòu)形貌對摩擦學(xué)性能有較大的影響，即使在織構(gòu)面積、深度和面積占有率等相同的情況下，不同形貌織構(gòu)產(chǎn)生的流體動壓膜的摩擦學(xué)性能也不同。因此，正確的方法是先根據(jù)每個形狀的參數(shù)單獨優(yōu)化每個形狀，然后再比較單個優(yōu)化來的不同形狀，從而優(yōu)選出最佳的織構(gòu)形狀[32]。

3.2 織構(gòu)面積占有率的影響

織構(gòu)的面積占有率是影響材料摩擦學(xué)性能的重要參數(shù)，合理選擇織構(gòu)面積率能夠明顯改善材料表面的摩擦學(xué)性能?？棙?gòu)面密度也對承載能力有著重要影響。在干摩擦、邊界潤滑或混合潤滑下，織構(gòu)的面積占有率直接影響摩擦副表面的接觸面積和對于磨損顆粒的捕捉能力。胡天昌等[37]在45鋼金屬表面利用Nd∶YAG激光器制備了表面微織構(gòu)。通過研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過織構(gòu)改性后表面的摩擦系數(shù)有不同程度減小，并且表現(xiàn)得更加穩(wěn)定，材料的磨損率也有所降低。這正是因為表面所制備微織構(gòu)的儲屑作用，較大的織構(gòu)面積占有率和更大孔徑的減摩抗磨性能要更好。Shimizu等[38]在干摩擦、速度0.45 m/s和載荷0.5 N條件下，研究不同織構(gòu)面密度對黃銅板摩擦學(xué)性能的影響，面密度分別為40%、25%和10%，通過實驗?zāi)Σ梁蟮娘@微圖像和曲線中能得到，40%的面密度磨損程度最輕，摩擦系數(shù)最小，即摩擦學(xué)性能最好。在流體潤滑下，優(yōu)化常見織構(gòu)形狀面密度的參考范圍如下:圓形凹坑織構(gòu)，面密度在5%～35%；橢圓形織構(gòu)，面密度在10.6%～14.1%；六邊形織構(gòu)，面密度為25%時，摩擦系數(shù)可降低41%；球凸形織構(gòu)，面密度在30%～40%；考慮不同材料、織構(gòu)形狀等因還需要針對特定的工況條件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計[32]。

3.3 織構(gòu)尺寸參數(shù)的影響

織構(gòu)的尺寸和排列方式同樣對于材料的摩擦學(xué)性能也有重要的影響。于海武等[39]經(jīng)過研究，發(fā)現(xiàn)在潤滑油潤滑環(huán)境下，當(dāng)微凹坑橫/縱間距比為13時，凹坑織構(gòu)具有最佳的減磨效果。在流體潤滑下，深度大小對潤滑膜的形成起決定性作用，當(dāng)深度較淺時，潤滑膜厚度會顯著增加，而深度較深時，則會導(dǎo)致潤滑膜厚度局部減小。對于不同工況條件，織構(gòu)深度和直徑也存在一個最佳比值?？棙?gòu)的直徑和深度并非越大越好，當(dāng)深徑比高到一定程度時，凹坑內(nèi)就容易形成微旋渦，影響流體動壓潤滑作用；當(dāng)直徑過大時，凹坑可近似為平板，無法產(chǎn)生流體動壓效應(yīng)，從而失去意義。劉慶萍[33]通過對魚鱗進(jìn)行幾何形態(tài)以及其表面黏液的摩擦學(xué)特性，設(shè)計了魚鱗片的仿生溝槽，研究了水-固界面系統(tǒng)表面摩擦阻力與溝槽深度之間的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)了摩擦阻力與溝槽深度一開始成負(fù)相關(guān)，當(dāng)深度增大后，阻力降低的速度減緩。同時溝槽的寬度越小，摩擦阻力減少的越快，而當(dāng)深度超過某一個數(shù)值之后，摩擦阻力與溝槽深度不再呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。同時指出表面液體流過的速度對摩擦阻力同樣也有影響，速度增高時其阻力下降越快，如圖3所示。

f為摩擦阻力；h為溝槽深度；s為溝槽寬度圖3 不同表面液體流速下阻力與溝槽深度的關(guān)系[33]Fig.3 The relationship between resistance and groove depth under different surface liquid flow rates[33]

萬軼[40]和胡天昌等[41]在GCr15鋼表面用激光加工技術(shù)制備出一定形貌的微凹坑織構(gòu)，研究發(fā)現(xiàn)：貧油條件下，織構(gòu)表面的摩擦學(xué)性能明顯比光滑表面好，且當(dāng)凹坑直徑為150 μm，深度為30～40 μm，織構(gòu)面積率為8%～9%時，凹坑織構(gòu)能夠達(dá)到最優(yōu)的摩擦學(xué)性能。由于通過實驗方法找到不同織構(gòu)形狀、工況條件下的最佳深度和直徑比較耗時、且工作量較大，因此，采用數(shù)值分析與試驗相結(jié)合的方法會更省時可靠。以典型的優(yōu)化方法為例，Liu等[42]通過建立三維計算流體動力學(xué)模型進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，利用單因素法和正交法相結(jié)合，從潤滑劑流動的壓力分布和速度分布全面分析了凹坑深度和直徑與摩擦系數(shù)、升力系數(shù)、阻力系數(shù)的關(guān)系以及二者與面密度之間的相互作用對摩擦學(xué)性能的影響。結(jié)合分析正交法分析直徑、深度與面密度之間相互的影響程度，發(fā)現(xiàn)在不同操作條件下，影響的程度是:面密度>直徑>深度，且深度與直徑的相互影響程度又隨潤滑膜厚度的增加而增大。因此，幾何因素之間的相互作用對摩擦學(xué)性能的改善也至關(guān)重要，利用此優(yōu)化方法，可以得到不同工況下不同形狀的最優(yōu)幾何參數(shù)。但到目前為止，在此方面的研究還相對較少，仍需大量工作。除此之外，還應(yīng)注意的是:即便在相同工況條件下，不同材料的最佳深度、直徑等因素的值也可能相差很大，因此，利用數(shù)值分析得到的結(jié)果僅對試驗參數(shù)提供參考。

4 表面織構(gòu)對于曲軸軸承的影響

4.1 基于仿生表面織構(gòu)的曲軸軸承研究

自然界生物系統(tǒng)經(jīng)歷了數(shù)億萬年的進(jìn)化，有眾多生物長期經(jīng)歷各類復(fù)雜環(huán)境以及自然選擇的結(jié)果，優(yōu)化形成了各類形態(tài)、結(jié)構(gòu)等，以適應(yīng)不同環(huán)境的需求。近些年許多學(xué)者針對各類仿生形狀表面織構(gòu)對油膜潤滑性能的影響進(jìn)行了大量研究，為摩擦問題提供了新的仿生摩擦學(xué)思路；其中包括林蛙腳掌、穿山甲、蛇以及鯊魚的皮膚表面、等生物表面結(jié)構(gòu)。不過目前對于是否準(zhǔn)確存在某種仿生形狀的表面織構(gòu)具有最好的潤滑性能這一問題，眾多學(xué)者還沒有達(dá)成一致觀點。

中外學(xué)者將仿生摩擦學(xué)與表面織構(gòu)技術(shù)相結(jié)合，優(yōu)化后的織構(gòu)在一定潤滑條件下具有較好的摩擦學(xué)性能，被利用于各行各業(yè)。其中，基于仿生的表面織構(gòu)的發(fā)展也有效地提升了曲軸軸承的摩擦學(xué)性能，為新型曲軸軸承的發(fā)展提供了有價值的參考。陳睿等[43]采用數(shù)值模擬的方法從速度梯度的角度研究分析了15°、30°和45°不同夾角排列的溝槽形仿生V形織構(gòu)對摩擦學(xué)性能的影響。最后指出，發(fā)散排布的溝槽形表面織構(gòu)減阻效果更佳，且減阻率與夾角呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。繆晨煒等[44]仿照蚯蚓頭部溝槽織構(gòu)，利用激光加工的方式在多種材料表面制備了多梯度變化的溝槽織構(gòu)，并基于不同參數(shù)進(jìn)行探究。結(jié)果表明：同種織構(gòu)應(yīng)用于不同材料時，其摩擦學(xué)性能會存在一定差異；間距梯度的蚯蚓頭部仿生溝槽織構(gòu)具有最佳的減摩抗磨特性。李俊玲等[45]在不銹鋼表面對比分析非規(guī)則對稱的葫蘆形表面織構(gòu)與有規(guī)則對稱形的圓形凹坑織構(gòu)以及無織構(gòu)試樣三者的摩擦學(xué)性能。研究表明：織構(gòu)試樣表面的摩擦系數(shù)較無織構(gòu)表面要好，非規(guī)則對稱的葫蘆形表面織構(gòu)，表面潤滑油流向由小端軸承流向大端時，其摩擦學(xué)特性較好。研究者發(fā)現(xiàn)可以將蜣螂體表的凹坑織構(gòu)應(yīng)用于農(nóng)具犁鏵之上，制備出的仿生織構(gòu)有效地提高了犁鏵的使用壽命[46]。

鯊魚表皮具有一定形狀的溝槽織構(gòu)，表面覆蓋的油脂也能起到一定減摩作用。近些年有部分學(xué)者針對鯊魚皮表面的盾鱗結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表面微織構(gòu)的形貌設(shè)計。受到鯊魚表皮結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，Bixler等[47]將鯊魚表皮的溝槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，為其他學(xué)者后續(xù)針對鯊魚表皮結(jié)構(gòu)的仿真研究提供了理論基礎(chǔ)。趙興堂[48]基于魚形、象鼻蟲以及林蛙腳趾外形的生物仿生，利用Reynolds方程建立了流體動壓潤滑條件下表面織構(gòu)改性軸承的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計不同形貌的表面織構(gòu)，研究了不同尺寸、深度及排列方式的織構(gòu)對潤滑性能造成的影響。后續(xù)通過Fluent軟件對軸承以及微織構(gòu)單元建立了仿真模型，并驗證了數(shù)學(xué)計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，驗證了織構(gòu)的尺寸、深度以及排列方式等會對潤滑性能產(chǎn)生影響，并指出當(dāng)微織構(gòu)深度過大時產(chǎn)生的渦旋反而會對油膜的流體動壓效應(yīng)產(chǎn)生負(fù)面影響，結(jié)果與計算結(jié)論一致。之后再次在Reynolds方程的基礎(chǔ)上，考慮了表面粗糙度、表面變形及磨損量等影響因素的情況下，建立微織構(gòu)表面軸承的數(shù)學(xué)模型。研究表明:在輕載荷的工況下，魚形與象鼻蟲的仿生形貌織構(gòu)其長軸與軸承軸向垂直；林蛙腳趾形貌仿生織構(gòu)，長軸平行于軸承軸向是磨損量最小。還指出，不同仿生形貌織構(gòu)滑動軸承的承載力由高到低依次為:豬籠草內(nèi)壁、穿山甲鱗片、魚形、鯊魚皮、荷葉、象鼻蟲表面、林蛙腳趾、光滑表面以及子彈形，其中子彈形狀承載能力不及光滑表面。最后使用激光打標(biāo)機(jī)在試件表面加工織構(gòu)并進(jìn)行試驗后與理論結(jié)果對比，說明合理的織構(gòu)參數(shù)對軸承的摩擦學(xué)性能具有重要影響。李云凱等[49]在曲軸軸瓦表面設(shè)計了一系列豬籠草仿生結(jié)構(gòu)表面織構(gòu)，利用ANSYS Fluent對模型流場分析后，研究了在不同轉(zhuǎn)速、載荷以及不同的表面幾何參數(shù)下水膜的摩擦學(xué)性能。研究表明:有織構(gòu)的軸承最大水膜壓力提高，摩擦系數(shù)降低。對比不同織構(gòu)形貌，月牙形以及徑向脊形織構(gòu)綜合性能較好；徑向脊形因為其形貌利于水膜的鋪展，易于流體動壓潤滑效應(yīng)的形成。最后指出表面存在豬籠草結(jié)構(gòu)仿生織構(gòu)的軸瓦在中速中載的條件下能夠達(dá)到優(yōu)秀的摩擦學(xué)性能。

仿生摩擦學(xué)作為近幾十年來的新興學(xué)科，將仿生學(xué)與表面織構(gòu)技術(shù)相結(jié)合，大大提高了摩擦學(xué)的廣泛性，將仿生織構(gòu)應(yīng)用于曲軸軸承的表面改性之中，具有較高的學(xué)術(shù)價值以及應(yīng)用前景。

4.2 不同工況下表面織構(gòu)對曲軸軸承的影響

考慮到發(fā)動機(jī)工作工況的條件較為惡劣，曲軸在發(fā)動機(jī)內(nèi)各構(gòu)件中的故障率較高。同時，現(xiàn)如今實際工作中發(fā)動機(jī)的發(fā)展正越來越走向高速、高負(fù)載的方向，為了能夠使發(fā)動機(jī)曲軸部分在高速、高負(fù)載工況下還能夠保持較好的摩擦潤滑性能，這對發(fā)動機(jī)的使用壽命起著很重要的作用。張輝等[50]研究了凹形和凸形的表面織構(gòu)在不同工況下的減摩機(jī)理，指出凸形織構(gòu)較凹形相比可以更有效地將表面磨屑帶走，而凹形織構(gòu)能夠更有效地將潤滑油、磨屑進(jìn)行儲存。經(jīng)過微織構(gòu)改性的表面能夠減少摩擦副接觸面積，以至于降低摩擦力。在低速重載或者乏油等環(huán)境下運行時，摩擦副處于干摩擦或邊界潤滑條件下，此時的凸形織構(gòu)表面承擔(dān)了大部分的載荷，此時的摩擦學(xué)性主要由微織構(gòu)接觸表面的接觸狀態(tài)影響。當(dāng)摩擦副處于混合潤滑狀態(tài)時，此時摩擦副受到流體動壓作用與微凸體接觸共同作用。而當(dāng)系統(tǒng)處于流體動壓潤滑狀態(tài)時，接觸面載荷主要由流體動壓力完全承擔(dān)，摩擦副配合表面分離開來，此時的摩擦阻力主要來源于流體。張生光等[51]針對表面織構(gòu)在不同供油條件下的潤滑性能進(jìn)行了研究，建立了乏油潤滑模型模擬不同供油層厚度潤滑特性。研究發(fā)現(xiàn)，處于流體潤滑狀態(tài)的微織構(gòu)起不到減摩效果。當(dāng)摩擦副處于邊界潤滑條件下，摩擦系數(shù)與織構(gòu)密度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)；而當(dāng)系統(tǒng)出于處于混合潤滑狀態(tài)時，需要，織構(gòu)需要合理分布才能起到減摩效果，織構(gòu)過稀或過密時不易起到減摩效果。韓志武等[52]和任露泉等[53]利用L16(215)二水平正交表設(shè)計實驗。研究了存在凹坑表面織構(gòu)的零件在不同試驗因素關(guān)系下的摩擦磨損特性。獲得了凹坑型表面織構(gòu)的體積磨損率及摩擦系數(shù)與各項試驗影響因素之間的回歸方程。綜合分析了載荷、速度、距離等因素對摩擦副表面的體積磨損率和摩擦系數(shù)的影響。付景國等[54]在發(fā)動機(jī)氣缸套表面制備了一定形貌的表面織構(gòu)并利用了蛇紋石與二硫化鉬進(jìn)行填充。研究表明：微織構(gòu)與填充物質(zhì)共同作用，能夠有效地提升摩擦副表面的摩擦學(xué)性能，且將二硫化鉬作為添加劑效果更好。

曲軸是發(fā)動機(jī)內(nèi)部的關(guān)鍵部件之一，在發(fā)動機(jī)運行時會同時承受各方向的沖擊載荷，這對材料的硬度、抗拉、抗疲勞強(qiáng)度和耐磨性等特性有著很大的考驗。有學(xué)者在徑向滑動軸承的表面制備了微織構(gòu)進(jìn)行表面改性，以提高減摩抗磨和承載能力,如趙京偉[55]通過摩擦磨損試驗，通過在工況條件變化下，如速度、載荷的變化、接觸間隙等因素的變化研究曲軸磨損的特性。研究發(fā)現(xiàn)，在不同的實驗條件下，曲軸磨損量所受影響的程度不同，從大到小分別是:速度>載荷>間隙；在摩擦磨損的早期，相比之下，載荷是對曲軸磨損量的最主要因素，但當(dāng)載荷達(dá)到一定大小時，隨著載荷的繼續(xù)增大，磨損量便逐漸降低。并指出通過多種影響因素的正交試驗以確定優(yōu)化參數(shù)的組合，能夠很好地優(yōu)化設(shè)計曲軸。一般來說，曲軸部件的支撐部件大都為徑向滑動軸承，在其軸承表面選擇合適形貌參數(shù)的表面織構(gòu)化處理，將有效提升部件減摩抗磨的能力以及提高部件的承載能力[28]。高元[56]基于Reynolds方程考慮了發(fā)動機(jī)內(nèi)部摩擦副往復(fù)摩擦條件和各不同沖程工況下連桿軸承的狀態(tài)；研究了不同時刻、不同轉(zhuǎn)速下軸承的潤滑性能。研究表明：軸承小端的運行工況相比大端來說更苛刻；內(nèi)燃機(jī)連桿大端在低轉(zhuǎn)速時直接接觸摩擦副表面，而當(dāng)轉(zhuǎn)速增大后會有一定的改善；小端軸承在工作過程中始終與摩擦表面接觸，在不同工況下的潤滑效果均不太理想；而當(dāng)發(fā)動機(jī)高速運轉(zhuǎn)時，大端軸承的油膜厚度增加，此時表面織構(gòu)的減摩效果得到較好的體現(xiàn)。Azzedine等[57]研究了在受污染的潤滑環(huán)境下運行的滑動軸承整體的性能特征與使用壽命，在各種運行速度與負(fù)載條件下針對光滑表面與有紋理表面的軸頸軸承進(jìn)行實驗，同時還討論了污染率與粒徑的影響。研究表明，銅材質(zhì)的軸頸軸承可能耐受大量的硬顆粒污染物，前提是顆粒的尺寸應(yīng)低于最小油膜厚度，表面細(xì)微紋理能夠使大大提高軸承的污染耐受性。還指出，更嚴(yán)格地制造公差與輕微的表面紋理相結(jié)合可能能夠提高軸承潤滑系統(tǒng)中污染物的存儲能力，但同時會使系統(tǒng)的工作溫度升高并增加軸承內(nèi)功率損失。劉利平等[58]將實測的氣缸壓力與動力學(xué)方法結(jié)合，計算連桿軸承的載荷，分別研究了全負(fù)荷時的不同轉(zhuǎn)速條件與轉(zhuǎn)速相同時不同的負(fù)荷的對連桿軸承潤滑性能的影響。研究發(fā)現(xiàn):全負(fù)荷條件下，最大油膜壓力存在較大差別，在低轉(zhuǎn)速時達(dá)到最大值；最小油膜厚度在標(biāo)定轉(zhuǎn)速下達(dá)到最小值，且沒有明顯的變化規(guī)律；平均摩擦功損耗與轉(zhuǎn)速呈現(xiàn)正相關(guān)。相同轉(zhuǎn)速下，最大油膜壓力隨負(fù)荷的增加而加大，反之最小油膜壓力則為減??；平均摩擦功耗與負(fù)荷呈正相關(guān)，其變化不明顯。

表面織構(gòu)的減摩抗磨作用會受到運行過程中載荷、頻率、振幅等因素的影響，不同的試驗條件下，相同參數(shù)的表面織構(gòu)可能表現(xiàn)出的摩擦學(xué)性能改善作用會有所差異。

4.3 不同幾何參數(shù)表面織構(gòu)對曲軸軸承的影響

曲軸軸承系統(tǒng)是汽車發(fā)動機(jī)中的重要傳動系統(tǒng)，內(nèi)燃機(jī)實際工作中曲軸軸承需要承受各方向復(fù)雜的載荷影響，曲軸軸承動力學(xué)以及其摩擦學(xué)性能影響著內(nèi)燃機(jī)工作的穩(wěn)定性、可靠性以及使用壽命。近年來，有許多學(xué)者針對表面織構(gòu)在軸承中的應(yīng)用效果進(jìn)行了探究，針對曲軸軸承表面織構(gòu)改性建立合適的數(shù)值模型，采用數(shù)值分析的方法從理論的角度分析各類不同分布與結(jié)構(gòu)參數(shù)的表面織構(gòu)對軸承的承載能力以及摩擦因數(shù)的影響。

Qiu等[59]在研究了不同形狀、面積占有率參數(shù)的表面織構(gòu)對滑動軸承的摩擦學(xué)性能的影響。研究表明，底部輪廓為直線、曲線狀或較為平坦的織構(gòu)能夠有效降低摩擦系數(shù)并提高軸承的剛度。Tala-Ighil等[60-61]通過穩(wěn)態(tài)條件下的有限差分法(finite difference method，F(xiàn)DM)數(shù)值技術(shù)研究了表面紋理對軸頸軸承潤滑的影響。研究表明，表面紋理對潤滑油流動、壓力分布、油膜厚度和摩擦系數(shù)產(chǎn)生了影響。還指出，六面體形狀的紋理對摩擦學(xué)性能的積極影響與球形或圓柱形等形狀相比更顯著。對于會聚(流體動壓)和發(fā)散(空化)區(qū)域，部分區(qū)域織構(gòu)與全區(qū)域的織構(gòu)相比具有更顯著的積極影響。雷渡民等[62]基于平均流量模型與微凸峰接觸理論，建立了混合潤滑狀態(tài)下有織構(gòu)表面滑動軸承的模型，針對表面織構(gòu)對軸承的承載能力與摩擦因數(shù)的影響進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:與光滑表面軸承相比，存在織構(gòu)的軸承摩擦學(xué)性能更好，然而全織構(gòu)表面的軸承承載能力有所降低，表面為部分織構(gòu)的軸承摩擦學(xué)性能更好，同時承載能力也與光滑表面相接近。同時還指出，織構(gòu)的各項參數(shù)對潤滑性能都會產(chǎn)生較大的影響，但深徑比造成的影響很小。王麗麗等[63]在軸承表面設(shè)計了不同尺寸的圓形微織構(gòu)，將摩擦磨損理論模型與試驗相結(jié)合，分析探究了不同幾何參數(shù)的微織構(gòu)表面改性的滑動軸承的摩擦學(xué)性能?？偨Y(jié)出以下結(jié)論:在圓形微織構(gòu)的半徑不斷增大的同時，其最大壓力與承載力先增大后減小，而摩擦系數(shù)為先減小后增大。同時磨損量也呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢。指出選用合適尺寸的微織構(gòu)能夠起到有效的減摩抗磨作用。劉成等[64]基于雷諾方程及Greenwood-Tripp微凸體接觸方程理論，通過建立曲軸軸承混合潤滑模型，將凹槽與球型表面織構(gòu)應(yīng)用于曲軸軸承，分析了表面為凹槽與凹坑不同形貌的織構(gòu)對軸承的承載能力及減摩能力的影響關(guān)系，研究表明：存在凹坑形織構(gòu)表面的軸承的承載能力較大，凹槽形織構(gòu)表面的摩擦系數(shù)較小，兩者相結(jié)合所得的表面織構(gòu)能夠兼顧承載能力與摩擦系數(shù)。通過選擇合適的織構(gòu)形貌參數(shù)與結(jié)構(gòu)可以使軸承的承載能力達(dá)到最大，同時滿足摩擦系數(shù)最小。與表面無織構(gòu)的軸承相比，當(dāng)凹槽與凹坑復(fù)合結(jié)構(gòu)的織構(gòu)其參數(shù)與形貌選取最優(yōu)值時，承載能力提高了約4.1%，同時摩擦系數(shù)減小了約19.6%。Liu等[65]運用流體薄膜的雷諾方程，重點針對人字形槽的自潤滑軸頸軸承進(jìn)行研究分析，計算了梯形溝槽對自作用潤滑的人字形槽滑動軸承的影響，研究表明，不同幾何參數(shù)的梯形凹槽對承載能力與姿態(tài)角的影響微乎其微，但是會對摩擦力矩產(chǎn)生較大的影響，同時指出其影響程度是與梯形的角度成正相關(guān)。Kango等[66]對不同偏心比下軸承表面球面紋理與表面凹槽之間的性能進(jìn)行比較，并通過兩種不同的方程對摩擦系數(shù)進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)在考慮空化效應(yīng)時，所計算出的摩擦系數(shù)偏低。存在球形紋理或溝槽的表面與光滑情況相比，接觸部分與最大壓力區(qū)域的表面處理提高了低偏心比與高偏心比下的摩擦系數(shù)與平均溫度，凹槽與球形紋理相比，軸承的性能參數(shù)大大降低。并指出表面紋理或凹槽的存在有可能助于降低摩擦系數(shù)與平均溫度，其合適的位置的選擇主要取決于偏心率。李涵等[67]在前人研究的基礎(chǔ)上，基于平均流量方程、流量因子及流體潤滑理論，考慮了表面形貌與彈性變形，建立發(fā)動機(jī)軸承的潤滑分析理論模型，針對主軸頸和軸瓦表面形貌對摩擦副表面的油膜厚度、壓力以及摩擦損失等減摩抗磨特性的影響進(jìn)行了研究。研究表明，軸頸軸瓦表面粗糙度會明顯影響主軸承的摩擦學(xué)性能，最小油膜厚度與軸頸、軸瓦的粗糙程度在一定的范圍內(nèi)呈正相關(guān)，同時最大油膜壓力會有所降低；但表面粗糙度增加會導(dǎo)致磨損加劇，發(fā)動機(jī)效率降低。粗糙度相同時，不同的紋理方向?qū)S承潤滑性能影響明顯，縱向紋理與橫向、各向同性相比，更有利于提升發(fā)動機(jī)主軸承的潤滑性能，提高效率及使用壽命。Lu等[68]基于自然界中葉序生物學(xué)理論研究模擬了植物種子分布模式參數(shù)對凹坑分布的影響，在軸頸軸承表面通過電化學(xué)加工技術(shù)制備了具有葉序生物學(xué)結(jié)構(gòu)的表面凹坑，發(fā)現(xiàn)了在葉序系數(shù)為0.4且凹陷直徑為3 mm時摩擦系數(shù)達(dá)到最低，如圖4和圖5所示。并指出，與常規(guī)的線性圖案相比，局部的凹坑圖案擁有更好的摩擦學(xué)性能。通過優(yōu)化葉序生物學(xué)模式下的凹坑形貌，能夠進(jìn)一步提高軸承的摩擦學(xué)性能。

圖4 植物的葉序圖案[68]Fig.4 Plant phyllodes pattern[68]

圖5 具有葉序圖案凹坑的軸頸軸承模型[69]Fig.5 Journal bearing model with phyllodes pattern pits[69]

由于不同的表面復(fù)合織構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)、表面形貌對摩擦副表面的摩擦學(xué)性能會產(chǎn)生不同的影響，通過分析不同形貌參數(shù)等對摩擦學(xué)性能的影響，以達(dá)到能夠確定表面織構(gòu)的最合適的形貌、結(jié)構(gòu)參數(shù)等達(dá)到最優(yōu)條件，實際應(yīng)用提升發(fā)動機(jī)曲軸軸承在高速、高負(fù)載工況下的使用壽命，如今正受到諸多學(xué)者的重視。

5 結(jié)論

表面織構(gòu)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，能夠有效提升零件表面的摩擦學(xué)性能，集成仿生、機(jī)械設(shè)計、高精度加工、表面強(qiáng)化改性等不同學(xué)科的理論與方法，目前在航空航天、機(jī)械設(shè)備、軍事裝備、醫(yī)療器械等不同領(lǐng)域大放異彩?；诒砻婵棙?gòu)應(yīng)用于汽車發(fā)動機(jī)曲軸軸承方面，在幾何特征的優(yōu)化對摩擦學(xué)性能的改善展開論述。從表面織構(gòu)的形貌、面積占有率、等參數(shù)對改善表面摩擦性能的方式進(jìn)行分析和總結(jié)。對不同潤滑條件下表面織構(gòu)的減摩機(jī)理及理論模型的研究進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)。對織構(gòu)形狀、直徑、深度、面密度和排列方式等幾何參數(shù)對摩擦學(xué)性能的影響進(jìn)行分析，可為今后的研究提供指導(dǎo)和借鑒，以改善材料的摩擦學(xué)性能。綜上，對于目前表面織構(gòu)改善摩擦學(xué)性能方面有以下幾點展望。

(1)在探究表面織構(gòu)摩擦學(xué)性能的影響時，應(yīng)當(dāng)具體問題具體分析，即使是在工況相同條件下，不同材料的最佳深度、直徑等因素的值也可能相差很大，沒有統(tǒng)一的結(jié)論。

(2)目前表面織構(gòu)加工技術(shù)的加工精度還難以加工出特殊形貌的表面織構(gòu)形態(tài)，大都還停留在理論模型與仿真階段，主要還是通過建立數(shù)學(xué)模型或使用軟件進(jìn)行模擬仿真分析。因此復(fù)雜形貌的表面織構(gòu)技術(shù)的設(shè)計制造以及可加工材料種類等還存在較大發(fā)展空間。

(3)未來可嘗試將表面織構(gòu)化技術(shù)與其他多種不同材料表面改性的技術(shù)相結(jié)合，以能夠應(yīng)對各類不同工況及條件。

(4)針對表面織構(gòu)應(yīng)用于曲軸軸承方面，因處于發(fā)動機(jī)內(nèi)部，不易觀察其摩擦副表面“空化”等現(xiàn)象，對此，還需要進(jìn)行與觀察實驗運行狀態(tài)及監(jiān)測設(shè)備相關(guān)的研究。