Page 115 - 摩擦学学报2025年第9期

第 9 期 张伟鑫, 等: 机械受压工况下软-硬作用界面的接触行为研究 1369

Quality ratio: 10:1 Mixed solution
Mix Set aside

Polymers Crosslinking agent Mix evenly Ultrasonic 15 min to remove
air bubbles

PDMS film Silicone sheet Silicone sheets Pouring into
1 and 2 circular grooves
Heat curing

PDMS cure molding
K9 glass disk coated with a layer of
Cr film+ SiO 2 film

Fig. 1 Schematic diagram of PDMS films prepared on the surface of glass discs
图 1 玻璃盘表面制备PDMS薄膜示意图

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A B Auto-created group
8 z/nm 200 Mean 3.921
93.4 Std dev 0.048
Measurement 1 3.953
200 y/μm 6 150 Measurement 2 3.938
Measurement 3
3.960
Measurement 4
3.865
3.854
Measurement 5
150
Thickness/μm 100 ~150 μm 4 0 F n /μN 100 E PDMS =3.921±0.048 MPa
3.954
Measurement 6
50
A B 2 50
0
0 0
−5 0 5 10 15 20 25 30 0 2 4 6 8 10 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
Length/mm x/μm Depth/μm
(a) PDMS film thickness (b) AFM micrograph of PDMS (c) Modulus of elasticity
film topography
Fig. 2 Characterization results of surface related parameters of PDMS films
图 2 PDMS薄膜表面相关参数的表征结果
用前不对PDMS表面作任何处理. 接触力学行为研究，也可开展摩擦运动下软接触表面
1.2 光学测量系统的搭建 的摩擦和润滑行为的研究工作，本研究中仅限于前者
针对软接触界面变形尺寸大和速度较快以及表 的研究.
面能耗散大的特点，为实现对大尺寸变形区域(接触 1.3 变形量的测量方法
直径为mm量级)的观察与测量，同时又能原位跟踪极 试验过程中，通过将砝码放置于图3中所示的杠
短时间内的变形过程(通常为ms量级)，对课题组自主 杆之上实现对陶瓷球的法向加载，其间，利用高速相
研发的点接触油膜测量装置的光路系统进行重新设 机全程记录PDMS薄膜表面因抵御载荷而迅速发生变
计和搭建，光学测量试验台如图3所示. 光路系统主要 形的过程，获取海量的图像序列(1 s约采集500张图

由红色和绿色激光器(功率为5 W，波长分别为640 nm 像)，随后分析图像便可同时获取变形区域的2个几何
和525 nm)、耦合光纤、准直镜、扩束镜、滤光风扇和 参数的变化，将其分别定义为接触直径2 a(径向)和接
CMOS高速相机(千眼狼高速摄像机M230，合肥中科 触最低点O处的压痕深度d (载荷方向)，如图4(a)所
君达视界技术股份有限公司)组成，其中高速相机的 示，其中，↑表示数值逐渐增大，R为陶瓷球半径，W为
最高分辨率为1920×1080像素，此时相机最高帧率为 施加的载荷，H 为PDMS薄膜初始厚度. 不难理解，加
0
3 000帧，物镜倍率为5. 该测量装置可开展软接触表面 载之前接触区域的直径2 a和接触深度d为零，加载之